Устройство для программного управления металлорежущими станками

 

Союз Советскмк

Соцнапнстнческмк

Республнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 100779 (21)2796269/18-24 (51)М

G 05 В 19/39 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 3008,81. Бюллетень М 32

Дата опубликования описания 300881 (53) УДК6 21. 50 3. . 55 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В. A. Остафьев, В.Л. Вулгач, T. P Клочко и .Г.С.Тымчик

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54 j УСТРОИСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

МЕТ АЛЛОР ЕЖУЩИМИ СТАНКАМИ

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления металлорежущими станками с числовым программным управлением по динамическим характеристикам системы "станок-приспособление-инструмент-деталь", Известно устройство для управления металлорежущим станком, содержащее датчик силового параметра, блок обратной связи, сумматор, задатчик силового параметра, блок умножения, корректирующий блок, привод, блок деления, датчик скорости перемещения, которое стабилизирует силовые параметры процесса резания для повышения 15 точности работы оборудования, увеличения стойкости режущего инструмента (1 ).

Однако это устройство имеет ограниченные функциональные возможности 20 из-за того, что величина износа инструмеита не измеряется, а также оно недостаточно быстродействующее.

Наиболее блнэкой по технической сущности к предлагаемой является сис- 2з тема адаптивного управления металлорежущими станками, содержащая датчик вибраций, фильтры, логичес кий блок, выполненный в виде схем И, ИЛИ, выпрямители, пороговые устройства,ком- 30 паратор для сравнения с эталонным сиг— алом. Вибрации системы "станокприспособление-инструмент-деталь" поступают на датчик вибраций, который формирует сигнал, проходящий через фильтры, причем полоса пропускания каждого фильтра соответствует резонансной частоте колебаний станка.

Частоты, которые не з адерживаются фильтрами, создаются внешними источниками колебаний, т.е. зависят от условий резания. Пропущенные частотьь- подаются на выпрямитель и компаратор для сравнения с эталонным сигналом.

Си гнал р ассо гласов а ни я подается на выход, регулирующий скорость подачи, глубину или скорость резания. Одновременно резонансные частоты через другие фильтр, выпрямитель, пороговое устройство, пропускающее сигналы, если они превышают заданный уровень, подаются на схему ИЛИ и на второй выход, который регулирует глубину резания, ширину режущей части резца.

Сигнал с первого выхода подается на пороговое устройство, задающее более низкое предельное значение скорости подачи. Пороговые устройства соединены со схемой И, которая выдает сигнал в том случае, если после умень860009 щения до минимума скорости подачи колебания, вызванные внешними причинаея (остаются черезмерно бо(!ьнгими.

Вь>ходной сигнал подается через схему йПИ на зторой выход (?,! .

Недостатками известной системы являются невысокое быстродействие

5 си стемы обработ ки и нформации и з-з а конструктивной сложности построения электрической схемы, снижение качества процссса обработки деталей вследствие невозможности получения и использования для подачи управления фазочастотных характеристик процесса.

Цель изобретения †пое3ышение точности системы. 15

ПОст авле нн ая цель дОстиГает ся тем ( ->т О уcтрОЙ сг во для I;pОгрaммнОГО уг>p aн— лР ния МРта. елореж >> 1>цими станками (содер>I«aщее 110слlr Jio>3 aтель нo сОеци HQ I ныB ар11ф>лет !Ес»ес>се!>1 блс>к . Ис и (> Я ни теле н(;)Й О злРме!1т (Да Г ч>и к в и б>ра1JИЙ исп >лнH T>aë ь—

НОГО элемс.H J. a 1!ОДклю J«ax! IIHIA нтОрым входом к выходу исто-(ни>са света, >от ОциОГ! (Усили е ель и со >пас укх11иЙ .»->л(МЕНТ Г>одк >(ЮЧ>Р 1> HIIA IL» Г>нщЛ ВЕ,>ХО цо>Л;С

2ъ первому входу арифмети -(ескогo блока, содержит отражатель и послсдс>вательлa3ер зеркало, модулятор свет», объектив

1«ПРРЕДа>ВЩУYJ ГЕ»rP 3>ЕОЕIHУЮ ТРУ;><У

BTopoA вход (соторой чере.з Iloc IE JJI»>a ательllо вкJ>ючен НЕЕ = Отражатель и полу—

Г>Е- ОЗРЕ1Ч HОЕ 3 ЕРК ало СБ Ч 3 аl» (" НЫХО>!ОМ лазеоа НТоооА 13 l?",oä Оглack>>юще-.-o элемента соединен со вторым входо(л

3(; мОдулятОpa сIJРTа, а нтОрыp.. >3? .Oды H выход арифметического блока с.oедиH"-" ны соответственно с выходом и третьим входом передаю!1!ей телевизио>!ной трубки .

Е1а чертеже представлена схема пред-4,-1 лагаемого устройства.

Схема сост ит и ;,ти1еского когерентногo спектроанализатора " и злекTp0HHoI 0 узла 2 фОрмирОна-il!A кОмаHJ.; управления оборудованием. Спектроанализатор 1 содержит последонател:ьно pacl оло>кенные на ОДНОЙ оптической оси лазер 3, модуля-..op 4 "..âета „усTaновленный в r.åpåäíåé фо>са>>1ьной плоскости объектива 3, в качестве кото — 0 рого используется цилиндрическая линза с относительным отверстием 1:1.0 и более, передающую телевизионную трубку 6 „в качестве которой ис 10JIL зуется диссектор ЛИ-601„ установлен5» ную в 3 адней фокальной плоскости объектива 5, г1олупрозрачное зеркало

7 и отражатель 8. Узел 2 включает арифметический блок 9, представляющий собой мини-ЭВМ типа "Электроника Э-60", на вход которого поступают 60 сигналы с согласующего элемента 1.0 (фильтра) постоянной coñòàâëÿþùåé напряжения, усилитель 11, датчик 12 вибрации исполнительного элемента, выг!олненный в виде светового каранда- 6З ша, фотодиод 13, источник 14 света и исполнительный элемент (режущий 1нстру>лент ) 15, Ус rpoAcò но р абот ает следующим с>бразом.

Светоной гучок интенсинности I о от источника 14 света проецируется при помощи волоконного световода на исполнительный элемент 15 . Отраженный от него световой поток, промодулированный по интенсивности вибрации aлемента 18„ проецируется вторым световодом на чувствительную площадку фотодиода 13. В результате íà его выходе генерируется переменное Во

ВРЕМЕНИ Hai!P>I>KEHH!a, н.„(t), КОТОРОЕ усиливается усиIIHтелем 1 1 и подается на вход согласующегo элемента 10, 0JJH!oI О выхода к От Ор01 0 с ни мается

Г:pip>3!leIIH я сОста вляющая 0 (1 ) нхОднО гс> напряжения 0б„(е), которая является информациси о частоте вис>раций ле". .»Ta 1. > и подается на электрический вход м(одулс(ора 4. Ha выходном

Ок не модулятора 4 во 31!як ает дифракц>10 иное .!О:lе . > ад ающеГО н а входное окно пучка ко гере нт Ного монохромат>» (ес к01 o из .jy"чечня с д!.Ино>Й вОлны т. От лс1.>с.ра 3

Об ;cKTин 5 с фокусным р .сстоянием ! с прсобразует дифракцио:1ное поле в

ПО "-> .> Н(!TЕ>Е>HI»>;»a>3-, От(1,;;", >Е> 1<тР

0 (1>.,; »,1соторый фор(,ноуетс>е в е о

3. >> Н> Й фОК:. ЛЬIIОЙ ПЛОС КОС. > И Т, Е, 0(Е !, ех„ t- . ZIi c

О.З () где f — >3: ОМЕI!Iiaÿ Частста сr,pYтра.

Св ь между временной fg и прост—

Pa I I I» " Е> >3 H Н >Й Ч 30 Т ОТОЙ > ОПРРДРЛHPT СЯ » выражением (2) 3 Z J (3) « t(1, 3 1 определяется

I» .> (2 ( — г == .- Г((4)

? .(2V т. е. временное колебание с частотой с, буде! Наблюдаться н точке с коорS динатой у.Такиелобразом,в задней фокальной плоскости объектива б наблюдается амплитудно-фазоный спектр вибраций, т.е, >(g) где А (r ) — амплитудно-частотный спектр; Ф(f>} - фазочастотный спектр.

"i!е " — скорос.ть ра .11ространения ,.1кустическоп волны в модуляторе 4, и зависит От материаJ! а з ну ковоx 0 столба ЕлодуляГора.

Связь между пространственно частотНК > Й K O O P i! H H а Т О Й 11 I p o c T p a H C T B e H H O A коорди>!атой выражается соотношением

860009

Поскольку обычные фотоприемники и фотопленки чувствительны к интенсивности света, которая пропорциональна квадрату амлитуды, то при регистрации спектра происходит потеря фазового спектра. Для предотвращения этого введена опорная волна при помощи зеркала 7 и отражателя 8 и производится регистрация спектра методом голографии .

Если опорная волна

К (у) = }, (6} где о(= (7)

9- угол падения опорной волны, то в результате интерференции спектра вибраций с опорной волной результирующее волновое поле может быть описано выражением

}у() zòû÷

S(y) = \/(у) .+ В(у) - А(у) -+ (8)

Поскольку фотоприемник с интеграль10 ной чувствительностью S регистрирует интенсивность света, то

V„„, Ú (S(y)) 5 S(y} S (y)

2 Я (ч)-2ЯЬ) — S (! + А (у) + 2A(y) (9) 25

При помощи трубки 6 спектр вводится в арифметический блок 9 по управляющей команде считывания 0 „ . AMплитуда и частота спектра вибраций зависят от величины износа режущего инструмента, силы резания, жесткости системы "станок-приспособление-инструмент-деталь". Поэтому амплитудночастотный спектр вибраций является информацией о величине износа инструмента, В памяти блока 9 записаны эталонные спектры вибраций различных инструментов. Блок 9 Формирует управляющую команду у для замены инструмента при достижении критической вели-4О чины его износа, а также управляющую команду Урпо величине силы резания и жесткости системы "станок-приспособление-инструмент-деталь".

Предлагаемое устройство имеет преимущества по сравнению с известными техническими решениями, так как позволяет с высокой скоростью получать информацию о динамических характеристиках системы "станок-приспособление-инструмент-деталь", вырабатывать команды для замены инструмента, перестраивать режим работы оборудования, повысить точность и качество процесса обработки деталей.

Формула изобретения

Устройство для программного управления металлорежущими станками,содержащее последовательно соединенные арифметический блок, исполнительный элемент, датчик вибраций исполнительного элемента, подключенный вторым входом к выходу источника света, фотодиод, усилитель и согласующий элемент, подключенный первым выходом к первому входу арифметического блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит отражатель и последовательно соединенные лазер, полупрозрачное зеркало, модулятор света, объектив и передающую телевизионную трубку, второй вход которой через последовательно включенные отражатель и полупрозрачное зеркало связан с выходом лазера,второй выход согласующего элемента соединен со вторым входом модулятора света, а вторые входы и выход арифметического блока соединены соответственно с выходом и третьим входом передающей телевизионной трубки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 591819, кл, G 05 В 13/02, 1976.

2. Патент Великобритании 91421101, кл ° G 3 N, опублик. 1976 (прототип).

860009

Составитель И. Колокольцов

Техред A. Бабинец Корректор,,N. Шароши

Редактор A. Лежнина

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,4

Заказ 7546/71 Тира 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130 35, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5