Устройство для коррекции положения резца на станке с программным управлением

 

ц 983651

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских

Социалистических

Респубнин

Э (6l ) Дополнительное-к авт. санд-ву (22) Заявлено 18.06.81 (21) 3301289/18-24 (51 ) M. Кл . с присоединением заявки №

G 05 В 19/18

Q 05 В 19/415

ВкудвратеенныИ коинтет . СССР ао йелетт изабретенна н открмтнй (23) ПриоритетОпубликовано 23.12,82. бюллетень № 47 (53) УДК621.503. .55(088.8}

Дата опубликования описания 23.12.82 (72) Автори изобретения

L3

В. Л. Кошкин, Э. Т. Горбенко и А. И. Лап "ндин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ РЕЗЦА

НА СТАНКЕ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к автоматике, и вычислительной технике и может быть,. использовано в системах числового про- граммного управления станками.

Известно устройство для коррекции эквидистанты, состоящие из двух цифровых квадратов, генератор тактовых импульсов и счетчика, основанное на сравнении квадрата величины поправки и К с квадратами проекций поправки на координатные оси, что осуществляется путем сложных вычислений (1 3, Недостатком этого устройства является сложность.

Наиболее близким техническим решени- ем.к. данному изобретению является устройство для коррекции эквидистанты, содержащее блок задания программы, основной линейно-круговой интерполятор, блок выделения нуля, генератор тактовых импульсов (ГТИ), блок регистрации оконцо чания коррекции, логический блок и каналы связи. Это устройство позволяет сократить время нахождения координаты ис2 комой точки путем олодновременного поворота заданного радиуса-вектора с координатами Хн,Мн (Х„, У„) и величины поправки аР (2Д.

Недостатком указанного устройства являются большой объем электронного оборудования ввиду использования двух круговых интерполя торов, построенных на цифровых дифференциальных анализиторах (ПДА), и значительные погрешности вычисления определяющиеся тем, что угловые цены импульсов аргумента интерполятора поправки а Я и основной траектории оказываются далеко не одинаковыми и; наконец, низкое быстродействие, определяемое максимально возможным радиусом основной траектории, который в токарных станках на оживальных поверх- ностях может составлять 10. м, что при цене импульса 0,001 мм соответствует

9999999 отсчетам, поэтому время расчета, даже при быстродействии основного кругового интерполятора 500.000 кГц, составит 20 с, что по условиям непре-.

9836 рывности выдачи командных сигналов в следящий привод является недопустимым.

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства.

Укаэанная цель достигается т м, что устройство для коррекции положения резца на станке с программным управлением содержащее генератор импульсов, счетчик, выход которого подключен к R-входу первого RS-триггера, последователь- 1g но соединенные блок первых элементов

ИЛИ, первый комбинационный сумматор и первый буферный регистр, выход которого подключен к второму входу первого комбинационного сумматора, последовательно соединенные второй комбинационный сумматор, первый регистр сдвига и блок первых элементов И и последовательно соединенные третий комбинационный сумматор, второй регистр сдвига и блок вторых элементов И, выход которого и выход блока первых элементов И подключены к входам блока первых элементов

ИЛИ, причем выходы первого и второго регистров сдвига подсоединены к входам второго и третьего комбинационных сумматоров соответственно, содержит блок сравнения, счетный триггер, второй R,Sтриггер, ЭК-триггер, последовательно соединенные третий элемент И, четверзо тый элемент И, пятый элемент И, второй буферный регистр, четвертый комбинационный сумматор, шестой элемент И, вто— рой элемент ИЛИ и третий элемент ИЛИ, последовательно соединенные третий регистр сдвига и блок управления нормализацией, последовательно соединенные четвертый регистр сдвига, пятый комбинационный .сумматор, третий буферный регистр и седьмой элемент И, а также

4О восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый и двенадцатый элементы И, первый и второй элементы HE и четвертый элемент

ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу счетчика, первый и второй входы — к выходам девятого и двенадца45 того элементов И соответственно, а третий вход — к второму входу первого регистра сдвига и к выходу одиннадцатого элемента И, соединенного первым входом с входом второго элемента HE с выхо- 5 дом первого элемента HE и с вторым входом блока первых элементов И, а вторым входом - с первым входом десятого элемента И, с вторым входом первого буферного регистра, с входом счетного триггера и с выходом восьмого элемента И, связанного первым входом и вйходом четвертого элемента И, вторым вхо53.

4 дом - с прямым выходом ЭК-триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу третьего и к второму входу пятого элементов И, С-вход — к выходу третьего элемента ИЛИ, а 3 и К-входы — к прямому и инверсному выходам соответственно второго RS-триггера, соединенного S -входом с выходом второго элемента ИЛИ и R-входом — с вторым входом третьего элемента ИЛИ, с вторым входом второго регистра сдвига и с выходом десятого элемента И, второй вход которого подключен к второму выходу первого буферного регистра и к входу первого элемента НЕ, входы блока сравнения соединены с задающими входами устройства и с установочными входами третьего и четвертого регистров сдвига, первый выход — с вторым входом седьмого и с первым входом двенадцатого элементов И, а второй выход — с вторым входом шестого и с 1ервым входом девятого элементов И, у6равляюшие входы третьего и четвертого регистров сдвига подсоединены к выходу блока управления нормализацией; второй вход которого связан с вторым выходом четвертого регистра сдвига и с вторым входом пятого комбинационного сумматора под> ключенного третьим входом к BbIxoay третьего буферного регистра, а вторым выходом - к третьему входу седьмого и к второму входу девятого элементов И, второй вход второго буферного регистра соединен с вторым выходом четвертого комби наци онного сумма тора, а первый вход — с третьим входом шестого и с вторым входом двенадцатого элементов

И и с вторым выходом третьего буферного регистра, второй и третий входы четвертого комбинационного сумматора подключены соответственно к первому и второму выходам третьего регистра сдвига, а первый выход - к третьему входу двенадцатого элемента И, выход счетного триггера связан с третьим входом первого комбинационного сумматора, прямой и инверсный выходы первого триггера соединены соответственно с третьим входом пятого и с вторым входом третьего элементов И, второй вход второго элемента ИЛИ подключен к выходу сельмого элемента И, а выход генератора импульсов связан с вторым входом четвертого элемента И.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема блока управления норматизацией,, на

5 . 9836 фиг. 3 и 4 — диаграммы .дпя пояснения работы устройства.

Устройство (фиг. 1 ) содержит первый

1 и второй, 2 регистры сдвига, второй

3 и третий 4 комбинационные сумматоры, блок 5 первых и блок 6 вторых элементов И, второй элемент HE 7, первый комбинационный сумматор 8, первый буферный регистр 9, первый элемеь. HE 10, согпасуюшие элементы НЕ 11-16, чет- 10 вертый 17 и третий 18 регистры сдвига, пятый 19 и четвертый 20 комбинационные сумматоры, третий 21 и второй 22 буферные регистры, бпок 23 сравнения, бпок 24 управления нормализацией, счет- 15 ный триггер 25, третий 26, одиннадцатый 27, десятый 28, четвертый 29, пятый 30, девятый 31, восьмой 32, седьмой 33, шестой 34 и двенадцатый 3 5 элементы И, первый 36 и второй 37 Я - р триггеры, 7К-триггер 38, счетчик 39, генератор 40 импульсов, третий 41, чет-. вертый 42 и второй 43 элементы ИЛИ и блок 44 первых элементов ИЛИ.

Причем эпементы 1-10, 25, 27 и д

28 образуют круговой интерпопятор, работающий по принципу оценочной функции с поочередной выдачей прирашений по координатам, а элементы 17-23 — линейный двухкоординатный интерпопятор, по- .строенный по принципу цифрового дифференциального анапизатора (ЕИА). Элементы НЕ 11-16 несут функциональную нагрузку пишь в случае исцользования элементов 26-35 и 41-43 и триггеров

36-38 и отрицательной логикой и при описании работы устройства не упоминается. Блок 24 управления нормапиэацией содержит (фиг. 2) триггер 45, эпементы И-НЕ 46 и ИЛИ 47 и генератор 4р

48 импупьсов.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы исходная информация заносится в него следуюшйм обра- 45 зомби Величина поправки dP заносится в дополнительном коде в регистр 1 и счетчик 39. Величина Х (хк)заносится в регистр 17, а величина Z> (2к)- в регистр

18. Если вычисляется поправка в первом кадре, то это X»ZH в дальнейшем -Х,2к, но на работу устройства смысл величин

Х и Z влияния не оказывает, поэтому в дальнейшем обозначаем их Хн и ZH- Одновременно с занесением информации Хн

2н в регистры 17 и 18 блок 23 определяет большую иэ величин, и на ее выходе появляются сигналы Z ) К ипи X) Z.

Сигнал предварительной установки (ПУ) 51 б сбрасывает в нопь регистры 2, 9 и триггеры 36-38, после чего из блока центрального управления системы (не показан) приходит сигнал Пуск нормапизации, который включает бпок. 24. Этот бпок начинает вырабатывать импульсы сдвига, поступаюшие на сдвигаюшие входы регистров 17 и 18. Информация в них начинает сдвигаться в сторону старших разрядов до тех пор, пока в старшем разряде любого из регистров 17 и 18 не появится единица, после чего подача сдвигаюших импульсов прекращается. Поспе ,этого на единичный вход триггера 36 поступает сигнал "Пуск". Этот триггер устанавпивается в состояние "единицы и своим единичным выходом открывает эпемент И 30, а нулевым выходом закрывает элемент И 26. В результате на выходе эпемента И 26 исчезает нулевой потенциал и элемент И 29 открывается.

Теперь импульсы генератора 40 через элемент И 29 начинают поступать на входы элементов И 30, И 32. Но эпемент И 32 закрыт, так как триггер 38 сигналом предварительной установки ПУ установлен в нупевое состояние, а эпемент И 30 открыт, так как на единичном выходе триггера 36 и нулевом выходе триггера 38 имеются единичные csr напы. Благодаря этому импульсы с выхода элемента И 30 начинают поступать на выходы записи регистров 17 и 22, которые совместно с сумматорами 19 и

20 образуют накаппиваюшие сумматоры линейного интерпопятора и одновременнона соответствующие входы эпементов И

31, ЗЗ, 34, 35, которые по двум другим своим входам управляют сигналами переноса (Р) старшего разряда сумма = торов 19 и 20 и сигналами ZH(Xни Хн) ZS соответственно.

Пусть, например,Z< < X<,тогда (фиг.2) угол oL (45, и в этом случае выходные сигналы координаты Z линейного интерпопятора через элемент И 34 и элемент

ИЛИ 43 будут поступать на единичный вход триггера 37 и вход элемента ИЛИ

41,.а выходные сигналы координаты Х через элемент И 31 и элемент ИЛИ 42на счетный вход счетчика 39. Таким образом, выход элемента И 30 фактически . является входом аргумента линейного интерпопятора. Предположим, что первый шаг сделан по координате X тогда содержимое счетчика 39 уменьшится на единицу. На фиг. 3 это эквивалентно движению на единицу проекции X вектора XgY,7

983

2н, задаваемого линейным интерполятором от точки "0" к точке Б.. Следующий импульс, выработанный линейным интерполятором по координате Х, вызовет следующий шаг по координате X и также бу- 5 дет зафиксирован счетчиком 39, и т.д.

Так продолжается до тех пор, пока не выработается импульс по координате .

Этот импульс через элемент И 34 и элемент ИЛИ 43 поступит на единичный (5) вход триггера 37, который и установит своим передним фронтом в состояние ".1 а через элемент ИЛИ 41 поступит на синхро-вход триггера 38, в результате чего этот триггер также устанавливает- .15 ся в 1".

Теперь на входе элемента И 30 появляется нулевой потенциал, и поступление импульсов на вход аргумента линейного интерполятора прекращается. Одно- 20 временно открывается элемент И 32 и e его выхода импульсы частоты генератора 40 начинают поступать на вход аргумента кругового интерполятора, а именно: на вход записи регистра 9, который 25 совместно с сумматором 8 образует накапливающий сумматор оценочной функции, на входы элементов И 27 и 28 (формирования координатных приращений) и на счетный вход триггера 25. Круговая интерполяция осуществляется по следующему алгоритму оценочной функции.

При F (Х;, Z.))0, т.е. когда точка находится на илй вне окружности, шаг делается по координате Х и новое значение оценочной функции вычисляется по фор. муле F (Х, Z ) — 2X + .

При F(X 2.) О точка находится внутри окружностй, при этом делается шаг по оси 2, а новое значение оценочной функции вычисляется по формуле

F (X 1 2 1) = F (Х.у, 2 ) +2 Z .

Реализация этого алгоритма имеет. ряд особенностей, существенно упрощаюшихся его схему, а именно: операция вычитания 2Х заменена сложением с дополнительным кодом Х причем д Р=Хн кругового интерполятора заносится в регистр 1 последовательно и сразу в дополнительном коде, что исключает громоздкий параллельный преобразователь прямого кода в дополнительный, разрядность блоков 1+9 кругового интерполятора сокращена на -один, что значительно сокращает объем оборудования, исключа55 ет.необходимость сдвига кодов Х;, 2 для получения их двойных значений 2Xi Z или двойное суммирование, что повышает быстродействие и также уменьшает объем оборудования, а удвоение разрядности величин X;, Zj достигается подключени« ем к младшему разряду сумматора 8 единичного выхода триггера 25, на счетный вход которого поступает каждый входной импульс аргумента. Так как логическая функция триггера 25 совпадает с логической функцией сумматора при суммировании единиц, то такое включение триггера 25 эквивалентно увеличению на один разряд разрядности всех блоков 1+6, 8, 9, 44 и выполнению сдвигов или повторных суммирований величин Х; 2 .. ,Палее круговой интерполятор работает следующим образом. При положительном значении оценочной функции на выходе знакового разряда регистра 9 имеется ноль поэтому элемент И: 28 закрыт; а у элемент И 27 открыт единичным сигналом через элемент HE 10. Поэтому им— пульс частоты пройдет .через элемент И

27 и поступит на выход интерполятора по координате Х, причем по заднему фронту этого импульса, который воздействует также на вход (С2) параллельной записи регистра 9, .запишется новое значение подинтегральной функции, откорректированное на величину, хранимую в регистре 1, т,е. на -2Х;, так как блок 5 открыт выходным сигналом элемента HE

10. Выходной импульс элемента И 27 поступит на вход параллельной записи (С2) регистра 1 и произведет запись в него выходной комбинации сумматора 3, что эквивалентно уменьшению абсолютного значения величины Х; в регистре 1 на единицу, т,е. образуя величинуХ; .При отрицательном значении оценочной функции на выходе знакового разряда регистра 9 имеется единица, которая открывает элемент И 28, формируя импульс по координате 2, а так как по цепи элементов HE 7, 10 оказывается открытым блок 6, то оценочная функция корректируется на величину Z -, хранимую в регистре 2, и аналогнчйо работе предыду1цей координаты, выходной импульс координаты 2 добавляет единицу к содержимому регистра 2, образуя величину Z +1.

Таким образом, реализуется приведенный выше алгоритм круговой интерполяции.

Если приращение выработано по координате Х, то импульс с выхода элемента

И 27 через элемент ИЛИ 42 поступит на счетный вход счетчика 39, что эквивалентно единичному шагу проекции точки дуги окружности А-8 от точки А в сторону точки Б (фиг.. 3). При выработке приращения по координате 2 импульс

983651 9 появляется на выходе элемента И 28..

Этот импульс поступает на g-вход трит гера 37 и своим передним фронтом сбрасывает его в ноль, одновременно пройдя через элемент ИЛИ 41, поступает на вход с триера 38 и своим задним фрон-. том сбрасывает его в ноль. B результате прекрашается подача импульсов частоты на вход аргумента круго.ого интерполятора через элемент И 32. В момент 10 переключения координаты 2 текущей точки 49 прямой и текушей точки 50, дуги равны (фиг. 3), а координаты Х текущих точек дуги приближаются друг к другу. Цикл работы повторяется, при этом15 .координаты 2 дуги и линии "следят" друг за другом, а по координате X двигаются навстречу друг другу. 11икл работы прекрашается, когда дуга и окружность пересекутся в точке 55, что определяет- щ ся по переполнению счетчика 39. действительно, сумма координатных прирашений1по координате X в этот момент окажется равной д Й.

Сигнал переполнения счетчика 39 по- р5 ступает на R-вход триггера 36 и сбрасывает его в ноль, закрывая тем самым элемент И 30 Одновременно единичный сигнал появляется на входе элемента И

26 и, как только триггер 38 окажется в нуле, на втором входе элемента, И 26 окажется единица и его выходной нулевой сигнал закроет элемент И 29 и отключит генератор 40. Цикл вычисления закончен.

При этом искомые величи,ны Рх,дну окажутся в регистрах 1 и 2, причем в регистре 1 окажется проекция й.Рх при

ХН0.7И и и Р при ZH) Хн,а в регистре

2 наоборот. Элемент И 26 необходим для того, чтобы последний импульс по 4о координате Z, исходя из фиг. 3, формировался круговым интерполятором, так как первый импульс по этой координате формируется линейным интерполятором, .в противном случае проекция а RZ вычис- 45 ляется с ошибкой на.один дискрет.

Блок 24 (фиг. 2) работает следуюшим образом. Сигнал Пуск нормализации" устанавливает триггер 45 в состояние "1", элемент И-НЕ 46 открывается и с его выхода частота генератора 48 начинает проходить, на сдвигаюшие входы регистров 17 и 18, коды в которых начинают сдвигаться. Это продолжается до тех .пор,пока единица не появится в старшем

55 разряде любого из регистров 17 и 18.

Любая единица через элемент ИЛИ 47 сбрасывает триггер 45 в ноль. На этом нормализации заканчивается.

10"

Преимушествами предлагаемого устройства являются повышение быстродействия, так как используется однотактная схема работы интерполяторов, время расчета не зависит от величины Х i

Z а только от величины ай, благодаря действию выходных сигналов блока

23 угол ф (фиг. 3} всегда < 45о, что также увеличивает быстродействие в

2 раза, объем электронного оборудования сокрашается за счет того, .круговой интерполятор имеет разрядность поправки, а не поправки + один разряд à разрядность линейного интерполятора также может быть сведена до разрядности кру- гового, так как величина ошибки от неточности задания линии редуцируется прямо пропорционально отношению йР. с. ф» х т»ах мЬ или np <„. 2,„„,с,что видно из фиг. 4. ,Пействительно, для современных систем

"tnax 2г„с1х= 10000 мм,>Rmax= 2 мм, следовательно, DR x:Xù,с= 5000. Точность увеличивается в 5000 раз, и, следовательно, разрядность линейного интерполятора может быть соответственно уменьшена без .потери точности, что не только уменьшает объем оборудования, но и позволяет повысить тактовую частоту, так как время суммирования уменьшается и, следовательно, возрастает быстродействие; дополнительно уменьшается время вычисления поправки и возрастают предельно допустимые скорости, на которых может работать система ЧПУ, в которой использовано такое устройство,что особенно важно при обработке участков с большой кривизной, Благодаря перечисленным преимушествам объем электронного оборудования по сравнению с известными решениями при-. близительно сокрашается на 25%, быстродействие возрастает в 4-4,5 раза при сокрашении точности, Формула изобретения

Устройство для коррекции положения резца на станке с программным управлением, содержашее генератор импульсов,: счетчик, выход которого подключен к

R-входу первого RS-триггера, последовательно соединенные блок первых элемен тов ИЛИ, первый комбинационный сумматор и первый буферный регистр, выход которого подключен к второму входу первого комбинационного сумматора, последовательно соединенные второй комбинационный сумматор, первый регистр сдви983651 га и блок первых элементов И и последовательно соединенные третий комбинационный сумматор, второй регистр сдвига и блок вторых элементов И, выход которого и выход блока первых элементов И подключены к входам блока первых элементов ИЛИ, причем выходы первого и второго регистров сдвига подсоединены к входам второго и третьего комбинациоиныХ сумматоров соответственно, о т - 10 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия устройства, оно содержит блок сравнения, счетный триггер, второй R&-триггер, 3Ктриггер, последовательно соединенные 15 третий элемент И, четвертый элемент И,. пятый элемент И, второй буферный регистр> четвертый комбинационный сумма- тор, шестой элемент И, второй элемент

ИЛИ и третий элемент ИЛИ, последова- щ тельно соединенные третий регистр сдвига и блок управления нормализацией, последовательно соединенные четвертый регистр сдвига> пятый комбинационный сумматор, третий буферный регистр и седь- 25 мой элемент И, а также восьмой, девятый,десятый, одиннадцатый и двенадцатый элементы И, первый и второй элементы -CE и четвертый элемент ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу счетчика, З первый и второй входы — к выходам девятого и двенадцатого элементов И соответственно, а третий вход — к второму входу первого регистра сдвига и к выходу ойиннадцатого элемента И, соединен35 ного первым входом с входом второго элемента НЕ, с выходом первого элемента НЕ и с вторым входом блока первых элементов И, а вторым входом — с первым вхойом десятого элемента И, с вто- 4О рым входом первого буферного регистра, с входом счетного триггера и с выходом восьмого элемента И, связанного первым входом с выходом четвертого элемента И, вторым входом — с прямым

45 выходом 3К -триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу третьего и к второму входу пятого элементов И, С-вход — к выходу третьего элемента ИЛИ, а 3 и К-входы — к пря50 мому и инверсному выходам соответственно второго R5-триггера, соединенного

5-входом с выходом второго элемента

ИЛИ, à R-входом с вторым входом третьего элемента ИЛИ, с вторым вхо55 дом, второго регистра сдвига и с выходом десятого элемента И, второй вход которого подключен к второму выходу первого буферного регистра и к входу первого элемента НЕ, входы блока срав1 нения соединены с задающими входами устройства и с установочными входами третьего и четвертого регистров сдвига, первый выход — с вторым входоМ седьмого и с первым входом двенадцатого элементов И, а второй выход — с вторым вхойом шестого и с первым входом девятого элементов И, управпяющие входы третьего и четвертого .регистров сдвига подсоединены к выходу блока управления нормализацией,. второй вход которого связан с вторым выходом четвертого регистра сдвига и с вторым входом пятрго комбинационного сумматора, подключенного третьим входом к выходу третьего буферного регистра, а вторым выходом— к третьему входу сейьмого и к второму входу девятого элементов И, второй вход второго буферного регистра соединен с вторым выходом четвертого комбинационного сумматора, а первый вход — с третьим входом шестого и с вторым входом двенадцатого элементов И и с вторым выходом третьего буферного регистра, второй и третий входы четвертого комбинационного сумматора подключены соответственно к первому и второму выходам третьего регистра сдвига, а первый выход — к третьему входу двенадцатого элемента И,выход счетного триггера связан с третьим входом первого комбинационного сумматора, прямой и инверсный выходы первого триггера соединены соответственно с третьим входом пятого и с вторым входом третьего элементов И, второй вход второго элемента ИЛИ подключен к выходу седьмого элемента И, а выход генератора импульсов связан с вторым входом четвертого элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Левин Б. Н, и Мальчик А. 10. Методы автоматического расчета эквиваленты. Сб.Способы подготовки программ и интерполяторы дпя контурных систем числового управления станками". M., "Машиностроение", 1970, с. 139-142.

2. Авторское свийетельство СССР

% 591822, кл. Cj 06 В 19/18, 1974 (прототип).

983651

Составитель В. дианов

Редактор А. Козориз Техред >К.Кастелевич Корректор Г, Решетник.

Заказ" 9921/.56 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

ФилиальППП "Патент", F, Ужгород, ул. Проектная, 4