Устройство для управления станком

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалиатическик

Республик ()970322 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 290481 (21) 3282336/18-.24 с присоединением заявки М— (23) Приоритет— ()М К 1 3

G 05 В 19/33

1осуяярствениый комитет.СССР по велим изобретений и открытий ($3) УДК 621. 503.. 55 (088. 8) Опубликовано 30,10.82, Бюллетень Мо 40

Дата опубликования описания 30. 10 ° 82 (72) Автор изобретения

В.М. Иванов г (Ульяновский политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОМ

Изобретение относится к системам автоматического управления металлорежуцими станками и может быть использовано, например, в токарных станках для обработки торцовых поверхностей.

Известно устройство для управления станком, содержащее механизм преобразования перемещения суппорта ь угловое перемещение нелинейного кулака, воздействуюцего на щуп управляющего датчика, причем прОфиль кулака воспроизводит нелинейную зависимость скорости вращения двигателя главного движения от величины диаметра обработки в соответствии с заданной скоростью резания (1).

Основными недостатками данного устройства являются сложность передаточного механизма между суппортом и щупом датчика и необходимость ь перестройке механизма для изменения скорости резания, например, путем замены кулака.

Известно также устройство для стабилизации скорости резания на токарном станке, содеражцее последовательно включенные датчик положения суппорта, например сельсин, блок перемножения напряжения датчика поло жения суппорта и напряжения датчика скорости двигателя главного движения, блок сравнения напряжений задатчика скорости резания и блока перемножения, усилитель, электропривод главного движения, к обмотке возбуждения которого подключен задатчик диаметра обработки, а между вторичными обмотками датчика положения включены крайние точки сдвоенного потенциометра для компенсации вылета инструмента 2).

В этом устройстве отсчет по радиусу обработки абсолютный, осуществляемый с помоцью редуктора с большим передаточным отношением, что усложняет кинематику между суппортом и осью датчика положения. Кроме того, из-эа нелинейности выходного напряжения сельсина от угла поворота ротора точность режима .поддержания скорости резания снижается, так как он работает в амплитудном режиме.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления металлорежущим станком, содержащее импульсный датчик, блок реверса, реверсивный счетчик, блок ввода и блок уп3

970322 равления электроприводом главного движения. В свою очередь блок реверса состоит из логического переключателя, узла реверса и двух линий задержки, а блок управления содержит эадатчик скорости резания, блок срав- 5 нения, усилитель, интегрирующий усилитель, цифроаналоговый преобразователь g3).

Данное устройство предназначено для работы совместно с широкорегулируемым электроприводом и при дру.гих вариантах привода главного движения, например, включающего в себя автоматическую коробку скоростей, или комбинированного, не может быть использовано, что ограничивает его область применения.

15

Целью изобретения является расширение области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления станком, содержащее задатчик скорости резания, усилитель с переменным коэффициентом передачи, блок управления главным приводом станка, регулятор скорости, вход которого соединен с выходом переключателя, и реверсивный счетчик, установочные входы которого соединены с выходами задатчика перемецения, суммирующий и 30 вычитающий входы - с выходами импульсного датчика перемещения через блок реверса, управляющий вход которого подключен к выходу переноса реверсивного счетчика, введены после- 35 довательно соединенные первый делитель частоты, второй делитель час- ° тоты и преобразователь частоты в напряжение и последовательно соединенные генератор импульсов, блок фор- 40 мирования временным интервалов и буферный регистр, выход которого соединен с входом блока управления .главным приводом станка и с управляющим.входом усилителя с переменным коэффициентом передачи,подклю» ченного информационным входом к выходу преобразователя частоты в напряжение, а выходами - к информационным входам переключателя, управляюций вход которого соединен со знаковым выходом задатчика скорости резания, подсоединенного информационными выходами к управляющим входам первого делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, причем управляющие входы второго делителя частоты соединены с информационными выходами реверсивного счетчика, а выход - с синхронизируюцим 60 входом буферного регистра и с управляюцими входами блока формирования временных интервалов.

На фиг.1 представлена функциональ ная схема устройства, на фнг.2 и 3 диаграммы гоясняюцие работу устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные импульсный датчик 1 перемецения, блок 2 реверса, реверсивный счетчик 3, установочные входы которого подключены к выходам задатчика 4 перемещения, и последовательно соединенные задатчик 5 скорости резания, первый б и второй 7 делители частоты, преобразователь 8 частоты в напражение, усилитель 9 с переменным коэффициентом передачи, прямой и инверсный выходы которого через переключатель 10 подключены к входу регулятора скорос ти главного привода 11, а также последовательно" включенные генератор 12 импульсов, блок 13, формирования временных интервалов, состоящий из последовательно соединенных элемента И 14, счетчика 15, дешифратора 16 элемента ИЛИ 17, сдвигаюцего ре гистра 18, выходы последнего через буферный регистр 19 и блок 20 управления главным приводом станка подключены к автоматической коробке скоростей. В свою очередь главный привод 11 станка содержит реryлятор 21 скорости, усилитель 22 мощности, датчик 23 скорости, двигатель 24, выходной вал которого через автоматическую коробку 25 скоростей подключен к механизму вращения шпинделя. Выходы счетчика 3 подключены к входам блока 2 и делителя 7, выход которого подключен к установочным входам счетчика 15, регистра 18 и к синхронизирующему входу регистра 19. Старший разряд регистра 18 подключен к второму входу элемента И 14. Генератор 12 соединен со счетным входом делителя 6, выходы задатчика 5 скорости резания — с управляющими входами переключателя 10, а выходы регистра 19 соединены с управляющим; входом усилителя 9.

Устройство работает следующим образом.

В процессе обработки детали с помощью датчика 1 и счетчика 3 осуществляется контроль пути, пройденный инструментальным суппортом. Информация о текущем радиусе обработки вырабатывается в виде элементарных приращений .(импульсов) и накапливается счетчиком.3, при этом текущее значение хода счетчика 3 соответствует радиусу обработки детали.

В зависимости от направления движения импульсы вырабатываются на одном из выходов датчика 1, связанного с ходовым винтом суппорта. Канал прохождения импульсов на входы счетчика 3 определяется блоком 2.

Независимо от направления вращения ходового винта суппорта пои лвиже970322 нии к центру изделия импульсы с датчика 1 поступают на вычитающий вход счетчика 3, при движении от центрана суммирующий вход. Коммутация направлений счета импульсов осуществляется в момент перехода счетчика 3 через нулевое состояние с помощью блока 2. Это позволяет осуществить абСолютный отсчет относительно центра изделия.

Скорость шпинделя регулируется с помощью автоматической коробки 25 скоростей путем ступенчатого изменения коэффициента передачи между шпинделем и двигателем 24, а также электроприводом, осуществляющим плавное регулирование скорости шпинделя на интервалах работы ступеней коробки.

Изменение угловой скорости <у шпинделя осуществляется в соответствии с гиперболической зависимостью

jy =- F(V, R) = V/R, где V — скорость резания; R - радиус обработки детали. Данная гиперболическая зависи мость (фиг.2) формируется с помощью делителей б, 7 и преобразователя 8.

Частота импульсов на выходе делителя 7 равна ю — f„/ „= /N„ NR где f> — частота импульсов генератора 12; f> - частота на выходе дели теля б, пропорциональная скорости резания V; N > — число, поступающее .с блока задания и определяющее скорость резания; М вЂ” текущий код счетчика 3. Импульсы с выхода делителя 7 поступают на преобразователь 8, где частотно-импульсный сигнал преобразуется в напряжение 0щ пропорциональное скорости шпинделя, Выбор .работающей ступени коробки 25 осуществляется блоком 13, с помощью которого создаются опорные.интервалы времени т . Каждый из интервалов соответствует фиксированному значению скорости (частоты f ), при котором происходит переключение на и-ю ступень коробки скоростей TEI

1/f „ = д С. N,„, где дС - период повторения импульсов генератора; п

1, 2, 3 - номер интервала. При этом с помощью дешифратора 16 производится выделение состояний N> счетчика 15, соответствующих импульсам окончания временных интервалов . (фиг.Зб). Импульсы с дешифратора 16 объединяются элементом ИЛИ 17 и поступают на сдвиговый вход регистра 13 (фиг.3б), осуществляя последовательный сдвиг единицы из младшего разряда в старшие разряды регистра (фиг. 3 в, r, д).

I А

Текущее значение скорости, характеризуемое через период повторения импульсов с делителя 7,,равно Т вЂ”вЂ”

= 1/1 „= b,Т H и 2 (фиг,З а). Принадлежность скорости к и-му интерва. лу определяется условием f > f )if и (и и или Т> с Т < T>, Последнее условие определяет интервал времени д.т„ = т - т„, попадание в который дает оценку диапазона скорости д й)и д „= fp разом. весь диапазон изменения скорости разбивается на интервалы bN =

tE дт„, фиксация значений которых производится регистром 18 (фиг.3 в, О,, д).

Сравнение текущего значения скорости, которое пропорционально выходной частоте делителя 7, с опорными интервалами осуществляется по15 следовательно, начиная с максимальных значений скорости. Принадлежность текущего значения скорости к определенному .интервалу д(6EI= b.тН определяется импульсами с делителя

2О 7, поступающими на вход регистра 19.

В момент поступления импульсов с помощью регистра 19 производится фиксация текущего состояния выходов регистра 18.

25 При изменении состояния регистра 19 с помощью блока 20 производит; ся переключение cTупеней (скорости) коробки 25. Одновременно с переключением ступеней коробки 25 происходит изменение коэффициента передачи в цепи задания скорости регулируемого электропривода. При этом коэффициент передачи усилителя 9 изменяется обратно пропорционально коэффициенту передачи между шпинделем и двигателем с тем, чтобы сохранить гиперболический закон изменения скорости шпинделя, в момент переключения.

C помощью привода 11, включающего в себя регулятор 21, усилитель 22, двигатель 24 и датчик 23, сигнал с

;которого в виде отрицательной обратной связи поступает на второй вход регулятора 21, осуществляется

45 плавное регулирование скорости шпинделя на интервалах работы ступеней коробки 25. Характеристика изменения скорости двигателя (OA= F(V,R,bÙ,) показана на фиг.2; там же приведена

50 кривая ступенчатого регулирования скорости C0< = F(h ), осуществляемого с помощьн коробки скоростей, и результирующая кривая скорости вращения шпинделя (6 = F(V, R).

Кривая у„ = F(ди ) соответствует регулированию скорости шпинделя только за счет коробки передач при по,стоянной скорости двигателя, равной ее минимальному значению на интер6О валах регулирования. Отношения коэффициентов для смежных ступеней коробки передач целесообразно принять равными, т.е. выбирать передаточные числа механической передачи в соот65 ветствии с геометрической прогрес-..

970322 сией. При этом максимальные и минимальные значения скорости двигателя на всех интервалах регулирования соответствуют одним и тем же значениям (фиг.2).

Цикл выработки эталонных интерналов времени заканчинается в момент перехода старшего разряда регистра 18 в единичное состояние. При этом накладывается запрет на прохождение импульсов генератора 12 10 на вход счетчика 15 через .элемент И 14.

Начало каждого цикла опроса ступеней Дй связано со сбросом блока 13 в исходное состояние, при котором определение поддиапазона скорости 35 начинается о верхних значений. Запись в регистр 19 осуществляется по переднему фронту импульса с выхода делителя 7, а сброс счетчика 15 и запись единицы в младший разряд QQ регистра 18 — по заднему фронту.

Это позволяет исключить сбои в определении трубемой ступени коробки 25.

В начале работы с помощью задатчика 4 в счетчик 3 записынается чис- 25 ло, пропорциональное расстоянию режущей кромки инструмента относительно центра детали. Для изменения направления вращения шпинделя напряжение усилителя 9 дополнительно инвертируется. Канал-прохождения прямого или инверсного сигнала усилителя 9 через переключатель 10 на вход привода 11 определяется сигналами с задатчика 5.

Предлагаемое устройство универсально и может быть использовано при различных вариантах исполнения главного привода, например, при управлении скоростью только со стороны автоматической коробки скоростей.

Область применения устройства не ограничивается универсальными станками. В случае использования устройства в станках с программным управлением необходимая информация о 45 пути, пройденном суппортом, снимается с выхода интерполятора по координате, с которой связана отработка поперечного движения суппорта, а в качестве задатчика скорости реза- Я) ния используется регистр технологи:ческих команд.

Введение предлагаемого. устрой- ъ ства в станок позволяет сократить машинное время обработки и повысить, у качество обработки иэделия.

Использование двигателя по моменту в комбинированном приводе более рациональное, так как автоматическая коробка скоростей позволяет формиронать нагруэочную характеристику, увеличивающую допустимый момент на шпинделе внизу диапазона регулирования скорости.

Формула изобретения

Устройство для управления станком, содержащее задатчик скорости резания, уси.воитель с переменным коэффициентом передачи, блок управления главным приводом станка, регулятор скорости, вход которого соединен с выходом переключателя, и ре верси нный счетчик, установочные входы которого соединены с выходами задатчика перемещения, суммирующий и вычитающий входы - с выходами импульсного датчика перемещения через блок реверса, управляющий вход которого подключен к выходу переноса реверсивного счетчика, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены последовательно соединенные первый делитель частоты, второй делитель частоты.и преобразователь частоти в напряжение и последовательно соединенные генератор импульсов, блок формирования временных интервалов и буферный регистр, выход которого соединен с входом блока управления главным приводом станка и с управляющим входом усилителя с переменным коэффициентом передачи, подключенного информационным входом к выходу преобразователя частоты в напряжение, а выходами — .к ин*формационным входам гзреключателя„ управляющий вход которого соединен со знаковым выходом задатчика скорости резания, подсоединенного информационными выходами к управляющим входам первого делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, причем управляющие входы второго делителя частоты соединены с информационными выходами реверсивного счетчика, а выход — c синхрониэирующим входом буферного регистра и с управляющими входами блока формирования временных интервалов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 427831, кл. В 23 Q 5/20, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 48б895, кл. В 23 Q 15/00, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2932726/24, кл. G 05 B 19/33, 1980 (прототип).

9 70 322 т - rfjtv

ВНИИПИ Заказ 83S7/57 Тираж 914 Подписное

Ю ЭВ Ю Ю Ю м а» й»

Фнлиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4