Устройство для поддержания постоянной скорости резания

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К A1IOPCIlOHN СВИ ЖИТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10. 08 ° 79 (2t) -2808447/18-24 с присоединением заявки HP— (23) Приоритет— (53)М. Кл З

G 05 В 19/02

В 23 Q 15/00

Государственный комнтет

СССР.no аелаи нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 231081, Бюллетень Й939 (5З) УДК 621.503., .55(088.8) Дата опубликования описания 23.1081 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ПОСТОЯННОЙ

СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ

Изобретение относится к станко-строению и может быть использовано в токарных станках для обработки торцовых поверхностей.

Известны устройства для управления станком, в которых режим поддержания постоянства скорости резания реализуется за счет введения основной, обратной связи по величине, пропорци- 1О ональной скорости резания, получаемой в результате перемножения величин, пропорциональных диаметру обработки и угловой скорости вращения детали. (1 и (2) . т5

В потенциометрических схемах перемножение сигналов не вызывает усложнения устройства, однако наличие скользящих контактов потенциометра приводит к низкой надежности устрой- Ю ства. В устройстве с датчиком положения суппорта необходимо наличие блока перемножения, существенно усложняющего устройство.

Общим недостатком устройств, рабо- >5 тающих по данному принципу, является то, что статизм систем регулирования оказывается зависимым от величины диаметра обработки, так как блок перемножения представляет собой звено, ЗО коэффициент передачи которого является функцией диаметра обработки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для поддержания постоянной скорости резания, содержащее функциональный преобразователь, реле, эадатчик н датчик скорости и усилители )3) .

Недостатком известного устройства является сложность.

Цель изобретения - упрощение и повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для поддержания посто-, янной скорости резания, содержащее датчик скорости двигателя главного . движения, задатчик начальных условий, усилитель с переменным коэффициентом усиления, информационный вход которого подключен к выходу суммирующего усилителя, функциональный преобразователь, ключ и задатчик скорости, содержит аппроксиматор потерь холостого хода, дифференциатор, релейный блок, блок сравнения и датчик тока двигателя главНого движения, выход которого подключен к первому информационному входу суммирующего усилителя, второй и третий информационные

875338 входы которого через аппроксиматор потерь холостого хода и дифференциатор соответственно подключены к выходу датчика скорости двигателя главного движения и к первому входу блока сравнения, соединенного вторым входом через функциональный преобразователь с выходом усилителя с переменным коэффициентом усиления, а выходом — co входом релейного блока, выход которого подсоединен к управляющему входу ключа, соединенного первым информационным входом с выходом функционального преобразователя, вторым информационным входом — с выходом эадатчика скорости, а выходом — с выходом устройства, причем управляющие входы суммирующего усилителя и -усилителя с переменным коэффициентом усиления подключены к выходу задатчика начальных условий.

На фиг.1 представлена функциональ- 20 ная схема предлагаемого устройства, на фиг.2-4, — диаграммы его работы.

Устройство (фиг.1) содержит задатчик 1 начальных условий, суммирующий усилитель 2, усилитель 3 с переменным коэффициентом усиления, функциональный преобразователь 4, задатчик 5 скорости, электропривод 6, ключ 7, релейный блок 8, входная э клемма 9, блок 10 сравнения, датчик

11 тока двигателя главного движения, аппроксиматор 12 потерь холостого хода, дифференциатор 13, потенциометры 14 и 15, операционный усилитель

16 резистор 17, операционный усилитель 18, резисторы 19, диоды 20, резисторы 21 и 22 и датчик 23 скорости двигателя главного движения.

Задатчик 1 служит для вывода на точку характеристики преобразователя

4 соответствующую скорость вращения 40 двигателя, задаваемую задатчиком 5 в соответствии с начальным диаметром обработки заготовки и скоростью резания, а также для управления усилителем 3 с целью приведения величины сигнала с датчика 11 к величине соУ ответствующей максимальной нагрузке двигателя.

Преобразователь 4 осуществляет преобразование входного сигнала в соответствии с зависимостью скорости вращения от диаметра обработки для выбранной скорости резания.

Блок 10 совместно с блоком 8 и

:ключом 7 служит для определения момента переключения управления электропривода 6 на контур работы по нагрузке двигателя.

Усилитель 2 совместно с аппроксиматором 12 и дифференциатором 13 служит для выделения сигнала, харак- цр териэующего процесс резания.

Принцип действия устройства основан на том, что в процессе обработки торцовых поверхностей детали величина статического момента на валу двигателя, обусловленного процессом резания, пропорциональна текущему диаметру обработки, и, следовательно, момент, ток, потребляемая мощность двигателя могут быть использованы в качестве основных величин для изменения скорости вращения двигателя с целью поддержания постоянства скорости реэания при изменении диаметра обработки.

Для выделения сигнала, характеризующего непосредственно процесс резания, из тока двигателя вычитается составляющая холостых потерь и динамическая составляющая. Этот сигнал формируется усилителем 2, на который поступают сигналы с датчика 11, аппроксиматора 12 и дифференциатора 13.

Составляющая потерь холостого хода формируется аппроксиматором 12 в функции напряжения датчика 23,пропорционального скорости вращения заготовки, путем кусочно-линейной аппроксимации характеристики потерь холостого хода в механизме станка.

Формирование динамической составляющей осуществляется также. в функции напряжения датчика 23, причем так как динамическая составляющая оказывает существенное влияние на работу при высоком темпе изменения скорости вращения, когда статический момент нагрузки стремится к нулю, то в качестве дифференциатора 13 можно испольэовать реальное дифференцирующее звено.

К основным факторам, влияющим на результирующую тока двигателя, относятся величина диаметра обработки заготовки и припуск на съем металла.

Приведение результирующей тока к величине, тождественно равной положению инструментального суппорта относительно центра обрабатываемой детали и характеризующей максимальный

t ток нагрузки, осуществляется с помощью задатчика 1 к начальным условиям процесса резания. При этом в процессе сравнения напряжений одновременно с изменением напряжения эадатчика 1 на входе усилителя 2 происходит обратно пропорциональное изменение коэффициента передачи .усилителя 3, т.е. независимо от величины задающего сигнала при сведении момента нагрузки к нулю величина выходного напряжения усилителя 3 будет оставаться неизменной и пропорциональной максимальному диаметру обработки.

Сигнал с усилителя 3 поступает на преобразователь 4, осуществляющий преобразование входного сигнала в соответствии с зависимостью скорости вращения щ двигателя от величины радиуса обработки - Vo)(Ro - L) = Vo Ri (1) где Vo R„- скорость резания и радиус обработки, принятые за начальные для

875338 линейно-кусочной аппро- начальное р ссогласование с усилитексимации зависимости ля 2 определяет точку на характерисчастоты вращения от ра- тике преобразователя 4, соответствудиуса обработки ющую первоначальному заданию на

"о скорость вращения двигателя. Дальней1 — текущее расстояние, шее движение к центру детали осущесTпройденное суппортом вляется в соответствии с уменьшением от начальной точки от- тока нагрузки двигателя и масштабом счета к центру изделия его по отношению к диаметру обработ(фиг.2, где приведена ки. также идеальная характе- При обработке деталей могут иметь ристика преобразоваТеля место два характерных случая, соотз координатах 03 04). ветствующих режиму обработки деталей

Скорость резания задают путем зада- с одинаковым начальным диаметром, но ния скорости вращения двигателя глав- . в одном случае — с варьируемым припус. ного движения с помощью задатчика 5 ком на съем металла, а в другом - с в соответствии с первоначальным диа-, 1э варьируемой скоростью резания. метром обработки. После врезания, по- Рассмотрим случай обработки детаворотом рукоятки потенциометра- 14, лей с одинаковым начальным диаметром, добиваются соответствия между выход- когда варьируемым параметром являетным напряжением преобразователя 4 и . ся припуск на съем металла, а скорост напряжением, пропорциональным скорос- 2О резания остается постоянной и соотти вращения двигателя движения. В ветствует базовой Vo . Входное на момент равенства данных напряжения, пряжение преобразователя 4 в общем поступающих на блок 10, происходит случае можно записать в виде срабатывание блока 8 и переключение сигнала управления электроприводом U 3 = (U -U ) Kg =aUK3 (2) б на контур работы по нагрузке двигателя. где K3 — коэффициент передачи усилиВеличина зоны срабатывания блока теля 3 с переменным коэф8 выбирается из условия обеспечения фнциентом усиления. необходимой точности выхода на точку Условие равенства тока нагрузки характеристики преобразователя 4, нулю выполняется при перемещении супслужащего задатчиком скорости враще- порта на расстояние L = Ro. При этом ния двигателя главного движения при независимо от первоначального напряпереключении на контур работы по на- жения U которое в данном случае груэке двигателя. При этом с помощью выбирается.иэ условия равенства сигсигнальных ламп осуществляется инди- З5 нала задания U и сигнала обратной кация состояний блока 8. По покаэа- связи UIo на первоначальном диаметре ниям ламп оператор прекращает пово-. обработки йр, напряжение на входе рот рукоятки потенциометров 14 и 15. преобразователя 4 должно оставаться

С целью исключения сбоев при настрой- неизменным и тождественно равным .проке на Режим РезанИЯ пеРеключение íà 4Q хоДимомУ РасстоЯнию L = Ro nPu Uz = 0 контур работы по нагрузке двигателя, осуществляемое с помощью ключа 7, "3 = 00= 0 3 (3) происходит с выдержкой времени. Йеобходимым условием переключения яв- Это условие выполняется при К 3 =Uð/U ляется также нахождение сигнала с вы- 4 т.е. коэффициент передачи усилителя хода блока 10 в зоне срабатывания 3 должен изменяться обратно пропорблока 8. ционально 0„ с тем, чтобы обеспечить

При соблюдении указанных условиЯ условие независимости конечного зна-.происходит срабатывание релейного чения напряжения с выхода функциоблока 8 и фиксация его состояния, в нального преобразователя U< от вели.котором он находится до конца обра- чины припуска на съем металла. При ботки детали. При этом вход электро- изменении диаметра заготовки и .неизпривода 6 подключен через ключ 7. к менной скорости резания Vo задатчиком выходу функционального преобраэовате- вращения в соответствиис измененным ,ля 4. Новый цикл работы начинается диаметром заготовки. Равенство сигналов

;при подаче сигнала на клемму 9. с выхода преобразователя 4 и датчика 23

Таким образом, происходит выход определяет в данном случае точку 1 на первоначальную точку нелинейного на характеристике щ = f (Чр, R) . Наэадания на скорость вращения двига- чальное значение напряжения на входе теля в зависимости от тока нагрузки. функционального преобразователя

Масштаб сигнала обратной связи по } 0 > =ь0К3 соответствует пройденному нагрузке двигателя при этом опреде- пути от точки отсчета R = Яр, а дальляется углом поворота потенциометра нейшее изменение скорости вращения

14, задатчика 1, с которым связав об- происходит по кривой Vo в cooTBGTGTратно пропорциональной зависимостью вии с пройденным расстоянием, т.е. коэффициент передачи усилителя 3, а,при изменении диаметра заготовки и

875338 (4) Кч" 1 К й

КчЧо " (9) Кч Кт или 1равенстве припусков на съем металла и других условий резания выходное напряжение с задатчика 1 остается неизменным и равным 0„ = 0юо при R = 11О

ВторЬй случай соответствует режиму обработки деталей с одинаковыми начальными параметрами, но различны4 ми скоростями резания. Выражение (1) для данного режима можно записать в виде

Чо/KRR где Кч= Ч/Vo - масштабный коэффициент по скорости резания;

К = 1/Кч — масштабный коэффициент по радиусу обработки

Иэ (4) следует, что частоту вращения шпинделя в соответствии с изменением скорости резания можно изменять путем изменения характеристики преобразователя 4 (характеристику Ч„ на фиг.2) или путем изменения масштаба по радиусу обработки. 25

Более предпочтительным является второй вариант, который не связан с перестройкой преобразователя 4. В рассматриваемой системе изменение масштаба по пройденному пути не вы- 30 зывает осложнений и связано лишь с изменением задания на скорость вращения двигателя в соответствии со скоростью резания и диаметром обработки. 35

Рассмотрим доказательство данного утверждения. При скорости вращения

mvmps Кч раз условный радиус обработки определится из следующего выражения

R0 Vp / pKv. (5) Пройденный путь при этом от точки отсчета и равен

45 (,=Я -g = ==Я . (6)

"о Ь

О ю, К„ К„

Запишем выражение (2) для рассмат- я риваемого случая в следующем виде

L 0g (О )К. - Ug)K@, (7) где U

U> на начальном радиусе R< для того, чтобы обеспечить на выходе преобразователя 4 напряжение О, соответствующее скорости вращения К„в11 бб

Так как Й, = U„K = U, Ê, то иэ (б) и (7) можно получить два эквивалентных выражения входного напряжения, определяющих точку О на характеристике V при начальном радиусе $5 обработки Йэ и напряжение обратной связи U o.

Кч-1

ОЬ = ОюКз

Kv

ОЭ = U„ K (Kz-1).

I (8)

Подставляя в (8) значение К9 =

К /Kz которое получается из (7) и (2) при Uz = О, можно записать следующее равенство

Из (7) . (8)и (9) следует что Кч=

Кт, а К = К /Кч, т. е. масштаб обратной связи по току в случае изменения скорости резания в К раз при одинаковых начальном радиусе обработки, припуске на съем металла и других условиях резания соответствует значению

1/Кч. Это и требовалось доказать.

Фиг.3 и 4 иллюстрируют процессы выбора коэффициентов в функции напряжения задатчика 1 при,обработке деталей с одинаковым начальным радиусом обработки R = R для двух рассмотренных режимо з, соответствующих работе с различными глубинами резания z, но в одном случае (фиг.3) с постоянной скоростью резания Кч = 1, а в другом - с варьируемой скоростью резания Кч Ф 1, На фиг.3 показано, что независимо от величины припуска начальная точка характеристики Vp определяется однозначно, а изменение выходного сигнала преобразователя 4

0 определяется его входным напряжением 03, связанным через коэффициенr К с напряжением рассогласования

&U, которое зависит от расстояния, пройденного сунпортом,L от начальной точки отсчета.

Из фиг.4 следует, что начальная точка характеристики Vg зависит от скорости резания, и, следовательно, рабочий участок кривой Vp определяется выбором коэффициента Кч.

Введение новых элементов позволяет расширить область применения устройства путем введения устройства в электроариводы наматывающих устройств и в системы управления шлифовальными станками,где измерение соответственно диаметру намотки и износу инструмента с помощью датчика положения затруднено,но возможен косвенный контроль по величине нагрузки двигателя главного движения. Кроме того, преимуществамиi предлагаемого устройства являются устранение сложной кинематической цепи между датчиком и инструментальным суппортом и возможность работы на любых скоростях резания без перестройки функционального преобразователя.

Испытания показали надежность ðàботы устройства и воэможность повысить производительность токарного станка при обработке торцовых поверх875338 ностей деталей с одновременным повышением качества обработки ° формула изобретения

Устройство для поддержания постоянной скорости резания, содержащее датчик скорости двигателя главного движения, эадатчик начальных условий, усилитель с переменным коэффициентом О усиления, информационный вход которого подключен к выходу суммирующего усилителя, функциональный преобразователь, ключ и эадатчик скорости, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности уст- 15 ройства, оно содержит аппроксиматор потерь холостого хода, дифференциатор, релейный блок, блок сравнения и датчик тока двигателя главного движения, выход которого подключен к пер- 26 вому информационному входу суммирующего усилителя, второй н третий информационные входы которого через ацпроксиматор потерь холостого хода и дифференциатор соответственно подклю- gg чены к выходу датчика скорости двигателя главного движения и к первому входу блока сравнения, соединенного . вторым входом через функциональный преобразователь с выходом усилителя с переменным коэффициентом усиления, а выходом — co входом релейного блока, выход которого подсоединен к управляющему входу ключа, соединенного первым информационным входом с выходом функционального преобразователя, вторым информационным входом — c выходом задатчика скорости, а выходом— с выходом устройства, причем управляющие входы суммирующего усилителя и усилителя с переменным коэффициентом усиления подключены к выходу эадатчика начальных условий.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Сандлер A.Ñ. Электропривод и автоматизация металлорежущих станков.

И., "Выжая школа", 1972, с.131-133 рис.4.33.

2. Авторсксе свидетельство СССР в 486895, кл. В 23 9 15/ОО, 1973 °

3 ° Авторское свндетельство СССР по заявке 9 2830973 кл.G 05 В 19/02, 1979 (прототип).

875338

Составитель Н.Белинкова

Редактор Г.Волкова Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар

Заказ 9331/72 Тираж 943 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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