Устройство для управления токарнымстанком

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Соцнапистнческик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 180б79 (21) 2830973/18-24 (51)hA.

G 05 В 19/40

В 23 Q 15/00 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет, СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150581. Бюллетень 89 18 (53) УДК 621.50,3. .55 (088.8)

Дата опубликования описания 160531 (72) Авторы изобретения

В. M. Иванов, A. В. Кузьмин, Г. В. Логинов, М. С. Перетятько, В.С. Тагашов, Ю.И. Трошин и A.Е.Лесниковский (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТОКАРНЫМ СТАНКОМ

Изобретение относится к автоматйческому управлению металлорежущими станками и может быть использовано в токарных станках для обработки, на.— пример, торцовых поверхностей.

Известно устройство управления станками, содержащее последовательно . соединенные потенциометрическую схему перемножения напряжения, пропорцио- нального скорости вращения двигателя главного движения и диаметра обработки изделия, блок сравнения напряжения задатчика скорости резания и схемы.перемножения, усилитель, электро- . привод главного движения и механический редуктор, причем движок потенциометра схемы перемножений связан с супнортом станка (1).

Однако. в этом устройстве в качестве датчика положения супнорта используется потенциометр, что приводит к ряду недостатков, например, значительные погрешности, обусловленные изменением входного сопротивления усилителя при изменении поло, жения движка потенциометра и изме. вением сопротивления при износе, ограниченный срок службы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для поддержания постоянной .скорости резания, содержащее последовательно включенные датчик положения суппорта, например сельсин, блок перемножения напряжения датчика .положения суппорта н напряжения, пропорционального скорости вращения двигате" ля главного движения, блок сравнения напряжения задатчика скорости резания и блока перемножения, усилитель, электропривод главного движения и механический редуктор, к обмотке возбуждения подключен задатчик диаметра обработки, а между вторичными обмотками датчика положения включены крайние точки двоенного потенциометра для компенсации вылета инструмен. та (2.).

Однако, в данном устройстве нелинейность выходного напряжения датчика положения суппорта от угла пово- рота приводит к снижению точности в поддержании скорости резания на заданном уровне. дополнительным факто- . ром, снижающим статическую точность, является изменение в широких пределах коэффициента. передачи блока пере.множения. Кроме того, в данном уст.ройстве угол пОворота датчика ограничен и должен соответствовать мак830314 симальному диаметру обрабатываемого иэделия. Для обеспечения соответствия необходимо наличие механизма с большим передаточным отношением между исполнительным органом суппорта, в частности винтом поперечного перемещения суппорта и осью датчика, что приводит к сложности кинематической передачи между суппортом и датчиком положения, а также к дополнительным ошибкам, обусловленным передачей.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Цель достигается тем, что в устройство для управления токарным станком, содержащее задатчик диаметра об- 15 работки,и датчик положения суппорта, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго преобразователей фаза-код, и блок сравнения, первый вход которого 20 подключен к выходу задатчика скорости резания, а выход — через блок управления ко входу привода главного движения, соединенного выходом через последовательно включенные датчик скорости и амплитудный широтно-импульсный модулятор со вторым входом блока сравнения, введены элемент И, первый ключ, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик, триггер и преобразователь прямоугольного напряжения в синусоидальное и последовательно соединенные регистр, блок совпадения, определитель знака .приращения фазы, второй ключ, первый реверсивный счетчик, второй реверсивный счетчик и широтно-импульсный преобразователь, выходы которого подключены ко вторым входам амплитудного широтно-импульсного модуля- тора и блока управления, второй вход- 40 к выходу элемента И, третий вход— ко второму входу блока совпадения, ко вторым входам первого и второго преобразователей фаза-код, ко второму входу второго ключар к первому 45 входу элемента И и к выходу генератора импульсов, четвертый вход — к первому входу регистра и к первому выходу второго преобразователя фазакод, а пятый вход — к третьим входам первого и второго преобразователей фаза-код, к третьему входу блока совпадения, ко второму входу элемента И и ко второму выходу счетчика, соединенного третьим выходом со вторым входом преобразователя прямоугольного напряжения в синусоидальное, выход которого подключен ко входам датчика положения суппорта и задатчика диаметра обработки, второй выход второго преобразователя фаза-код соеди- фО нен со вторым входом регистра, а третий выход — со вторым входом определителя знака приращения фазы, подключенного вторым выходом ко второму входу первого реверсивного счетчика, а 5 третьим выходом — ко второму входу ! второго реверсивного счетчика, соединенного третьим входом с выходом первого ключа, подсоединенного входами к выходам первого преобразователя фаза-код.

Кроме того, блок управления содержит последовательно соединенные сумматор, усилитель, третий ключ и фильтр, выход усилителя является выходом блока, второй вход сумматора— первым входом блока, а вторые входы третьего ключа — вторыми входами блока.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства на фиг. 2 диаграммы импульсов и напряжений, поясняющие их работу.

Устройство содержит опорный канал 1, состоящий из генератора 2 импульсов, счетчика 3, триггера 4, и элемента И 5, датчика 6 положения суппорта, второго преобразователя 7 фаза-код, состоящего иэ формирователя 8 прямоугольного напряжения, формирователя 9 импульсов считывания и регистра 10, блока 11 вычисления приращений фазы, состоящего из определителя знака 12 приращения фазы, второго ключа 13, регистра 14 и блока

15 совпадения, узла 16 реверса, триггера 17, преобразователя 18 прямоугольного напряжения в синусоидальное, задатчика 19 диаметра обработки, первого преобразователя 20 фаза-код, узла 21 счета, узла 22 реверса, первого ключа 23, узла 24 счета, широтноимпульсного преобразователя 25, состоящего из блока 26 совпадения, регистра 27 и триггера 28, эадатчика 29 скорости резания, блока 30 сравнения, амплитудного широтно-импульсного модулятора 31, состоящего из усилителя 32, низко-частотного фильтра 33 и ключа 34, блок 35 управления, состоящий из фильтра 36, третьего ключа 37, сумматора 38 и усилителя 39, привода 40 главного движения, датчи-. ка 41 скорости, первого 42 и второго 43 реверсивных счетчиков, а также формирователя 44 прямоугольного напряжения, формирователя 45 импульсов считывания и регистра 46, образующих преобразователь 20, клеммы 47.

Принцип действия устройства основан на введении основной обратной связи по величине, пропорциональной скорости резания, получаемой в результате перемножения величин, пропорциональных диаметру обрабатываемого иэделия и угловой скорости данного иэделия.

Устройство работает следующим образом.

С помощью счетчика 3, на вход которого поступают импульсы с генератора 2 (фиг. 2 а), создается опорный интервал. Последний разряд счетчика

3 и триггер 4, работающий со сдвигом

830314 на половину периода сигнала переклю- ла 24 в зависимости от сигналов, почения последнего разряда счетчика, ступающих с определителя 12 на узел о .образуется фазорасщепитель. Прямо- 22 и характеризующих направление д иуг льные сигналы с плеч триггера 4, жения суппорта. Направление движения в сдвинутые на 90 относительно друг определяется порядком поступления друга, поступают на преобразователь сигналов РАВНО и ПЕРЕДАЧА ПО ПЕРЕД18, где происходит выделение 1-ой НЕМУ ФРОНТУ. Изменение порядка при5 гармоники и усиления по мощности си- водит к изменению сигналов с определи нусоидальных сигналов. Сигналы с пре- . теля 12, поступающих на узел 22. Для в с определи образователя 18 поступают на датчик того, чтобы избежать потери информа6 и задатчик 19, работающих в фазо- ции о положении суппорта при изменевращательном режиме, Таким образом, !

О нии направления движения, узел 21 период питания датчика 6 и задатчи- переходит в режим вычитания. В мака 19 соответствует опорному интер- мент изменения направления движения валу, а полное изменение фазы выход- определитель 12 вырабатывает импульс

I ного напряжения — циклу работы счет- опрокидывающий триггер 17 и импульсы чика (фиг. 2 б).Выходной сигнал с дат-15 приращений через узел 16 поступают чика 6(фиг. 2 в)поступает на формиро- . на вычитающий вход узла 21, который ватель 8, где происходит его усиле- работает с этом режиме до достижения ние и формирование в прямоугольные начального состояния, при котором на импульсы (фиг. 2 r). Формирование им- выходе узла 21 появляется сигнал, оппульсов считывания для преобразова- Qp рокидывающий триггер 17 в исходное ния фаза-код осуществляется с помощью состояние. формирователя 9 bio стробирующим им- Начальный ввод числа в узел 24, пульсам генератора 2.При этом по пе- соответствующего положению инструменреднему фронту сигналов с формирова- та относительно центра изделия произтеля 8 вырабатывается сигнал ПЕРЕДАЧА 5 водится с помощью задатчика 19. Для

ПО ПЕРЕДНЕМУ ФРОНТУ, а по заднему— этого поворачивают ротор эадатчика 19 сигнал ПЕРЕДАЧА ПО ЗАДНЕМУ ФРОНТУ на угол, соответствующий положению (фиг. 2 е, д). По сигчалу формирова- резца относительно центра изделия. теля 9 ПЕРЕДАЧА ПО ПЕРЕДНЕМУ ФРОНТУ Значение фазы выходного сигнала задатпроисходит запоминание текущего кода чика 19 преобразуется в код с посчетчика 3 (фиг. 2.б) на регистре 10, мощью преобразователя 20. Код регист30 который хранится там до следующего . Pa 46 переэаписывается на узел 24 с интервала считывания. Код с регист- помощью ключа 23. Это происходит посра 10 затем перезаписывается на ре- ле прихода сигнала на клемму 47,разгистр 14 по сигналу ПЕРЕДАЧА ПО ЗАдНЕ- решающего запись. Запись производится

МУ ФРОНТУ. по сигналу с формирователя 45, выраПриращения фазы вычисляются с по- батываемому по заднему фронту сигнамощью блока 15, осуещствляющего по- лов, с формирователя 44. разрядное сравнение текущего кода Если суппорт движется к центру обсчетчика 3 и регистра 14. В момент рабатываемого изделия, то происходит равенства кодов блока 15 вырабаты- 4О уменьшение кода числа на узле 24 провается сигнал РАВНО(фиг. 2 ж). Вы- порционально уменьшению диаметра обделение этого сигнала осуществляет- рабатываемого изделия. Код узла 24 ся синхронизирующими импульсами с по сигналу ПЕРЕДАЧА ПО ЗАДНЕМУ ФРОНТУ генератора 2. Сигнал РАВНО совместно с формирователя 9 перезаписывается с сигналом ПЕРЕДАЧА ПО ПЕРЕдНЕМу 4 на регистр 27. Число, зафиксированФРОНТУ поступают на определитель 12. ное регистром .27, сравнивается с теВ зависимости от направления движе- кущим кодом счетчика 3 с помощью блония приращения фазы датчика положе- ка 26. В момент равенства кодов выния вырабатывается в интервалах меж- рабатывается сигнал, который опрокиду сигналами РАВНО и ПЕРЕДАЧА ПО ПЕ- дывает триггер 28. Вторичное опрокиРЕДНЕМУ ФРОНТУ или наоборот. При этом дывание триггера 28 происходит по в данных интервалах определитель 12 сигналу элемента И 5 опорного канавырабатывает разрешающие сигналы на ла в момент перехода счетчика 3 чепрохождение импульсов генератора 2 рез нулевое состояние (фиг. 2 и). через ключ 13 {фиг. 2 з). Таким образом, на плечах триггера 28

Приращения фазы в число-импульсном создаются широтно-импульсные сигнакоде с выхода ключа 13 поступают на лы {фиг. 2 к), длительность импуль узел 21 для деления. Коэффициент де- сов и паузы которых пропорциональны ления узла 21, фиксированный и выби- текущему диаметру обработки изделия. рается из условия обеспечения соот- Ключ 34, управляемый сигналами

- ветствия между максимальным радиусом gp с выходов триггера 28, осуществляет обрабатываемого иэделия, равным сум- поочередно подключение фильтра 33 к ме приращения фазы датчика 6 и макси- выходу привода 40, напряжение с котомальнйм значением кода узла 24. Им- рого пропорционально скорости вращепульсы с выхода узла 21 поступают на ния двигателя главного движения на суммирующий или вычитающий вход уз- gg выходе датчика 41 и к шине ЗЕМЛЯ. В

830314

Формула изобретения результате чего широтно-импульсный сигнал модулируется по амплитуде напряжением, пропорциональным скорости вращения двигателя главного движения.

При этом выходной сигнал ключа 34 эквивалентен произведению величин, равных текущему диаметру обработки и угловой скорости вращения изделия, определяющему скорость резания. Выделение .постоянной составляющей сиг- нала с выхода ключа 34 и приведение его к сигналу задания скорости резания, осуществляется фильтром 33 и усилителем 32. Сигнал с усилителя 32 в виде основной обратной связи .привода 40, пропорциональной скорости резания на выходе датчика 41, сравни- 15 вается с .напряжением задатчика 29 в блоке 30. Сигнал рассогласования с выхода блока 30 поступает на блок

35, а затем на вход привода 40, осуществляющем регулирование скорости 2О вращения двигателя главного движения.

Коэффициент передачи блока 35 в статике при достаточно-большом коэффициенте передачи усилителя 39 является величиной, обратно пропорциональной диаметру обработки. Это достигается за счет использования в цепи отрицательной обратной связи усилителя 39 ключа 37, управляемого широтно-импульсными сигналами с выходов триггера 28 и осуществляющего поочередное подключение фильтра 36 к выходу усилителя 39 и к шине ЗЕМЛЯ.

Постоянная составляющая выходного сигнала ключа 37 выделяется фильтром

36 и в виде сигнала отрицательной об- 35 ратной связи поступает на вход сумматора 38. Таким образом, при уменьшении коэффициента передачи модулятора 31 происходит соответствующее увеличение коэффициента передачи усили- 40 теля 35, что позволяет поддерживать общий коэффициент устройства на неизменном уровне.

Шпиндель и суппорт станка связаны с электродвигателем главного движения. По мере изменения диаметра обработки изделия происходит соответствующее изменение скорости вращения электродвигателя и зависимое изменение скорости вращения шпинделя, и ско- о рости подачи суппорта.

Введение предлагаемого устройства в станок позволяет независимо от режима обработки детали и движения инструментального суппорта скорость шйинде- 55 ля поддерживать на оптимальном уровне,в соответствии с выбранной скоростью резания.. Устройство позволяет также осуществить с высокой точностью цифровую индикацию пройденного расстоя- щ ния в сйстеме визуального контроля.

Кроме повышения функциональной гибкости устройства повышается стати ческая и динамическая точность рабо ты в поддержаний постоянства скорос ти резания. Дополнительным преимуществом является устранение сложной кинематической передачи между суппортом и датчиком положения, которое особен.но очевидно при использовании в ка- . честве датчика положения суппорта билинейного индуктосина.

1. Устройство для управления токарным станком, содержащее задатчик диаметра обработки и датчик положения суппорта, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго преобразователей фаза-код, и блок сравнения, первый вход. которого подключен к выходу задатчика скорости разания, а выход— через блок управления ко входу привода главного движения, соединенного выходом через последовательно включенные датчик скорости и амплитудный широтно-импульсный модулятор со вторым входом блока сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, целью повышения точности устройства, в него введены элемент И, пер-. вый ключ, последовательно соедйненные генератор импульсов, счетчик, триггер и преобразователь прямоугольного напряжения в синусоидальное и последовательно соединенные регистр, блок совпадения, определитель знака приращения фазы, второй ключ, первый реверсивный счетчик, второй реверсивный счетчик и широтно-импульсный преобразователь, выходы которого подключены ко вторым входам амплитудного широтно-импульсного модулятора и блока управления, второй вход — к выходу элемента И, третий вход — ко второму входу блока совпадения, ко вторым входам первого и второго преобразователей фаза-код, ко второму входу второго ключа, к первому входу элемента И и к выходу генератора импульсов, четвертый вход — к первому входу регистра и к первому выходу второго преобразователя фаза-код, а пятый вход — к третьим входам первого и второго преобразователей фаза-код, к третьему входу блока совпадения, ко второму входу элемента И и ко второму выходу счетчика, .соединенного третьим выходом со вторым входом преобразователя прямоугольного напряжения в синусоидальное, выход которого подключен ко входам датчика положения суппорта и задатчика диаметра обработки, второй выход второго преобразователя фаза-код соединен со вторым входом регистра, а третий выход — со вторым .входом определителя знака приращения фазы, подключенного вторым выходом ко второму входу первого реверсивного счетчика, а третьим выходом — ко

830314

10 второму BxoJIv втооого оеверсивного счетчика, соединенного третьим входом с выходом первого ключа, подсоединенного входами к выходам первого преобразователя фаза-код.

2. Устройство по и. 1, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что блок управ- 5 ления содержит последовательно соединенные сумматор, усилитель, третий ключ, и фильтр, выход усилителя является выходом блока, второй вход сумматора — первым входом блока, а вто- 19 алые входы третьего ключа — вторыми входами блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сандлер А.С. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков.

М., "Высшая школа", 1972, с. 131-133, рис. 4.33.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 486895, кл. В 23 ч 15/00, 1973 (прототип).