Программное задающее устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Сск4иалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (22) Заявлено 21.09.81(2t) 3337351/18-24 (31) М Кй.з (á3) Дополнительное к авт. свид-вуG 05 В 19/405 с присоединением заявки Мо (23) ПриоритетГосударственный «омятет

СССР по делам язобретеняй и открытий

f 53} УДК 621. 503. 55 (088.8) Опубликовано 230133. бюллетень М 3

Дата опубликования описания 230183 (71) Заявитель (54) ПРОГРАММНОЕ 3АДИОЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в многокоординатных системах числового программного управления.

Известно устройство для задания контурной скорости, состоящее из последовательно соединенных управляемого генератора, интерполятора, к выходам координат Х и У которого присоединены соответственно преобразователь частота-напряжение и квадратор, причем выходы квадраторов присоединены к входу суммирующего усилителя, выход которого подключен к первому входу вычитающего усилителя, второй вход которого присоединен к задатчику, а выход - к управляющему входу управляющего генератора (13. .. Недостатками этого устройства являются его низкая точность и нестабильность в работе из-за аналоговых элементов, сложность, высокая инерционность и узкая область применения, ограниченная системой ЧПУ с числом координат 2-3.

Известно задающее устройство, состоящее из блока задания скорости, выход которого присоединен к входу интерполятора, выходы которого подключены к входам частотомеров, выполненных на первом-четвертом -дели телях частоты, выходы которых через элементы задержки и элементы И присоединены к входам триггеров, выходы которых подключены к управляющим входам блока задания скорости (2).

Недостатками этого устройства являются болвщой объем электронного оборудования и сложность технической реализации, а также ограничен-. ность области применения системами

ЧПУ с числом координат 2-3.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является задающее устройство,, состоящее из последовательно соединенных фотосчитывателя перфоленты, блока ввода, блока задающего генератора со схемой asтоматического разгона и торможения, блока задания времени отработки кадра, блока счетчика распределителя импульсов, который совместно с блоками координат реализует интерполятор на двбично-десятичном умножителе и центральное устройство управления З).

Недостатком известного устройства является низкая точность, определяемая самим принципом действия интерполяторов на умножителях, которыЯ ха991376 рактеризуется высокой йеравномерностью следования импульсов и низким быстродействием, которое определяется как наличием сглаживающих делите лей, так и свойством двоично-десятичного умножителя уменьшать в десять 5 раз выходную частоту по сравнению с тактовой в случае, если в старшем разряде:большего иэ координатных при.ращений имеется единица.

Целью изобретения является,повыше10 (ние .точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в программное задающее устройство, содержащее блок управления,. первый выход которого подключен к входав{ разрешения записи блока задания эталонной частоты, блока формирования частоты отработки кадра программы и и-координатного линейного интерполя тора, запускающий вход которого сое динен с вторым выходом блока управления и с запускающими входами блока задания эталонной частоты и считывающего блока, подключенного выходом к входу блока распределения информации. . выходы которого подключены к информационным входам блока задания эталон. ной частоты, блока формирования частоты отработки кадра программы и к и-1 информационным входам и-координатного линейного интерполятора, и-1 вь ходов которого соединены с выходами устройства, а выход сигнала окончания интерполяцйи - с управляющим входом блока управления, подключенного запускающим входом к отключающему входу считывающего блока и к одному нз выходов блока распределения информации,. причем выход блока задания эталонной частоты соединен с тактовым входом блока формирования частоты отработки 40 кадра программы, введены первый триггер, последовательно соединенные ге.нератор высокой частоты и первый ключ и последовательно соединенные буферный регистр, блок вторых ключей,4$ дешифратор, шифратор и рабочий регистр, подключенный выходом к и-му информационному входу и-координатного линейного интерполятора, п-й выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, подключенного единичным входом и выходом соответственно к выходу блока формирования частоты отработки кадра программы и к управляющему входу первого ключа, подсоединенного выходом к тактовому входу и-координатного линейного интерполятора, вход буферного регистра соединен с одним из выходов блока распределения информации, а управляющий вход блока вторых ключей — с первым выходом блока управления.

Блок .управления содержит двухразрядный регистр сдвига, выходы которого соединены с первым и вторым выходами блока, управляющий вход - c выходом генератора импульсов сдвига, а установочный вход - с выходом пер ного элемента ИЛИ, подключенного входами к. элементу запуска и к выходам третьего и четвертого ключей,первый вход третьего ключа::соединен с запускающим входом блока, с первым входом второго элемента ЙЛИ и через, первый .элемент задержки - с нулевым входом второго триггера, единичный выход которого связан с вторым входом третьего ключа, а единичный входа элементом предварительной установки и с нулевым входом третьего триггера, единичный выход которого соединен с первым входом четвертого ключа, а единичный вход - с выходом второго .

Элемента ИЛИ, второй вход которого через второй элемент задержки связан

;с управляющим входом блока и с вторым входом четвертого ключа.

Сущность изобретения заключается в тоМ, что определяется величина, обратная времени отработки кадра следующим образом.

Пусть надо отработать некоторые перемещения по координатам hX, Ду, ЬЕ, hA, йВ, М, hM с контурной скоростью V, Тогда по формуле, определяемой компановкой конкретного станка, для которого осуществляется программирование, определяется модуль пространственного вектора L В слу- чае декартовой системы координат,— это корень квадратный из суммы квадратов элементарных приращений (в случае использования угловых координат формула несколько усложняется). Затем определяют время отраббтки кадра, как

L величину с-, а затем частоту отра / Э

3 ботки кадра, как величину F=- или, t что то же самое, F=-. ф °

Пусть объем счетчика-распределителя, задействованного .в этом кадре, равен 100.ООО.На него необходимо подать частоту f 100000, или Г„п, 100.000 F; В ОрТзльных системах используется эта последняя формула, так как ее легко реализовать с помощью обычного двоично-десятичного умножителя. Однако использование интерполятора на двоично-десятичных умножителях при современных требованиях (выходная частота 200 кГц) с учетом коэффициента снижения частоты 1:10 за счет принципа действия интерполятора и в 1-16. раз -. за счет использования сглаживающих делителей, требует элементов с тактовой частотой 200 кГцх х10х16=32 МГц, что практически неосуществимо. Использование интерноляторов, построенных на принципе оценоч« ной функции, позволяет без снижения точности отказаться от сглаживающих делителей и, следовательно, войти в диапазон тактовых частот i 2 МГц, а

5.991376 что допустимо, учитывая быстродействие интегральных элементов (например, серии К155-10 Мгц). Ио интерполяторы, построенные по принципу оценочной функции, не,имеют счетчика-распреде.лителя и не содержат внутренней конс- 5 танты. Следовательно, прямое исполь» зование Формулы Г K Г. невозможно (К-const в предыдущем примере =

=100.000).

Поэтому для объединения преиму- 10 щества интерполятора, построенного по методу оценочной функции, и метода задания контурной скорости, что позволяет в 20-16 раэ поднять быстродействие многокоординатных сис-f$ тем ЧПУ, их точность и расширить область применения и, кроме того, соответствует ГОСТ 20999-75 (Функция

О 93), в устройстве. используется интерполятор, основанный на принципе 2О оценочной функции с обратной связью, в ведущую координату которого заносят выбранное программистом число нз ряда 10 или 2 (в зависимости от принятой система счисления), минимально превышающее большее из координатных приращений; заданных в конкретном кадре. Действительно, пусть приращение по координате Х-,ОХ превосходит все остальные в данном кадре и равно

95741. Выбираем константу К=100.000. рассчитываем частоту отработки кадра программы но уже известной формуле

f > 300.606 F и подаем эту частоту (У ) на тактовый вход интерполятора с обратной связью. Учитывая равенство частот на тактовом входе и выходе ведущей координаты (основное свойство ннтерпоЛятора с обратной связью), получим, что за время 40

t- на тактовый вход интерполятора

F проходит 100.000 импульсов, и, следовательно, кадр программы отработан

1 за ВрЕмя t р, что и требовалось полу-45 чить. ПОскольку число К выбирается больше наибольшего из приращений, то на оажн имтульс по ведущей координате или по любой другой вырабатывается ие более одного импульса и, следовательно, дополнительной неравномернос-, ти за счет действия обратной связи не. происходит.

На фиг.1 представлена Функциональ-55 ная схема устройства» на фиг.2 — схема блока управления. устройство содержит считывающий блок 1, блок 2 распределения информации(например, дешифратор), блок 3 задания эталонйой частоты, блок 4 формирования частоты отработки кадра программа, и-координатный линейный

° интерполятор 5, блок 6 управления, буферный регистр 7, блок 8 вторых ,ключей, дешифратор 9, шифратор 10, 65

6 рабочий регистр 11, первый триггер 12, генератор 13 высокой частоты и первый ключ 14.

Блок 6 содержит третий триггер 15, четвертый ключ 16, первый элемент

ИЛИ 17 / двухраэрядный регистр 18 сдвига, третий ключ 19, второй триггер 20, первый элемент 21 .задержки, элементы 22 и 23 соответственно предварительной установки и запуска, генератор 24 импульсов сдвига, второй элемент- 25 задержки и второй элемент ИЛИ 26. устройство работает следующим образом.

Программа отработки детали вводится с помощью блока 1 и поступает на вход блока 2, который представляет собой дешифратор буквенно цифровых комбинаций, включая комбинацию LFконец кадра, который распределяет ,.введенную информацию в соответствии с адресами следующим образом. Величи1 на F, равная -, поступает в блок 4, t код торможения T (если он задан) в блок 3, имеющий схему раз г,эна, и торможения, величины приращений-

hX,hY, hZ, ...,дЧ в интерполятор

5, номер коэффициента К, чтобы кодиров ать многоразрядные коэффициенты, в регистр 7. По окончаийи ввода кадра блок 2 расшифровывает сигнал (конец кадра) и вырабатывает сигнал LF, который останавливает блок

1 и запускает блок 6. Если был введен первый кадр программа, то блок 6 немедленно вырабатывает сигнал ИУ1, . который, поступая в блоки 3 и 4 и интерполятор 5, переписывает введенную информацию из регистров промежуточной памяти в рабочую (не показаны), а поступая на блок 8, подключает код номера коэффициента NK к входам дешифратора 9, на одном из выходов ко- . торого, соответствующем введенному номеру, появляется сигнал, пас1

i тупающнй йа- вход шифратора 10, вызыЮ вает появление на его выходах кодовой комбинации, соответствующей. заданному коэффициенту, которая и записывается в регистр 11 (памяти веду1пей координаты). Например, при

N=5, K=105 В регистр 7 заносится код 5, а в регистр 11 записывается код 100.000.

После этого блок б вырабатывает сигнал HVlf, который, поступая на блоки 3 и интерполятор 5, включает отработку введенного в рабочую память кадра программы и одновременно включает блок 1, который совместно с блоком 2 начинает вводить информацию следующего кадра в .регистры промежуточной памяти блоков 3 и 4, интерполятора 5 и в регистр 7.

Задающая частота с выхода блока 3 поступает на вход блока 4, на выходе

991376

Формула изобретения

7 которого формируется частота I: K ° F, т.е. для выбранного конкретного К

=100.000 -180 000F.

Импульсы этой частоты, поступая на единичный вход триггера 12, устанавливают его в "1", при этом открывается ключ 14 и импульсы высокой частоты генератора 13 поступают на тактовый вход интерполятора 5,.который начинает отрабатывать заданный кадр, причем импульсы высокой часто ты поступают на его вход до тех пор, пока на выходе ведущей координаты не появится импульс, опрокидывающий в "0" триггер 12..

Следующий импульс с выхода блока 15

4 вновь устанавливает триггер 12. в

"1" и включает высокую частоту. Так продолжается от окойчания отработки кадра, причем„ поскольку частоты на выходе блока 4 и на выходе ведущей Я} координаты интерполятора 5 одинаковы, а отработка кадра заканчивается тогда, когда с выхода ведущей координаты уйдет К импульсов, то очевидно, что устРойство Реализует предло- 25 женный метод, так как К импульсов, отработанных на частоте К ° F дают

К время отработки t --, что и треК F F бовалось. Сигнал "Окончание кадра" вырабатывается интерполятором 5 и поступает на вход блока б, который вырабатывает сигналы ИУ!, ИУ! !, и цикл работы повторяется. ПРи этом выходные сигналы других координат интерполято-35 ра 5 как обычно поступают на входы устройства связи с приводами стайка (не показаны).

Блок 6 работает следующим образом (фиг.2).

Первоначально нажимается элемент 40 кнопка 22 предварительной установки и устанавливается триггер 15 в ,"0", а триггер 20 в "1". После этого нажимается элемент (кнопка) 23 запуска и сигнал "Пуск" через элемент 45

ИЛИ 17 поступает на вход регистра 18 и записывает его в младший разряд "1".

Эта единица сдвигается импульсами частоты генератора 24, в результате чего на выходах регистра 18 формиру- 50 ются импульсы ИУ! и ИУ!!. Третьим импульсом генератора 24 регистр 18

"обнуляется". По окончании ввода кадра появляется сигнал "Окончание ввода" (LF). Если введенный кадр был 55 первым кадром программы, то триггер

20 находится в состоянии "1", поэтому этот сигнал проходит через ключ

19 и через элемент ИЛИ 17 на вход ре-. гистра 18 и запускает выработку сиг- g0 .налов ИУ!, ИУ!I, а через элемент 21 сбрасывает в "0" триггер 20.

Если же введенный кадр программы не первый, то триггер 20 находится в состоянии "0" и ключ 19 закрыт, поэтому сигнал LF лишь устанавливает в

"1" триггер 15. Сигнал "Окончание отработки", поступающий после отработки кадра интерполятором, проходит через ключ 16, открытый единичным выходом триггера 15, и элемент ИЛИ 17 на вход регистра 18 и формирует сигналы ИУ!, ИУ!!, а через элемент 25 сбрасывает в "0" триггер 15. Такая логика допускает включение отработки следующего кадра по окончании отработки предыдущего только"в том случае, если закончился ввод информации предыдущего кода. При вводе первого кадра пуск его отработки осуществляется непосредственно по окончании его ввода.

Преимущества данного технического решения заключаются в том, что, обладая быстродействием и точностью интерполятора, работающего по принципу оценочной функции, предлагаемое устройство для реализации способа задания скорости допускает кодирование по методу 693, что черезвычайно важно в многокоординатных системах при числе координат. больше 3, особенно в ряде специальных станков, когда использовать другие способы задания скорости не представляется возможным.

1. Программное задающее устройство, содержащее блок управления, первый выход которого подключен к входам разрешения записи блока задания эталонной частоты, блока формирования частоты отработки кадра програм- . мы и л-координатного линейного интерполятора, запускающий вход которого соединеи с вторым выходом блока управления и с запускающими входами блока задания эталонной частоты и считывающего блока, подключенного выходом к входу блока распределения информации, выходи которого подключены к информационным входам блока задания эталонной частоты, блока формирования частоты отработки кадра программи и к п-1 информационным входам и-координатного линейного интерполятора, и-1 выходов которого соединены с выходами устройства, а выход сигнала окончания интерполяции — с управляющим входом блока управления, подключенного запускающим входом к отключающему входу считывающего блока и к одному из в аходов распределения информации, причем выход блока зада ния эталонйой частоты соединен с тактовым входом блока формирования частоты отработки кадра программы, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены первый триггер, последовательно соединенные генера991376 тор высокой частоты и первый ключ и последовательно соединенные буферный регистр, блок вторых ключей, дешифратор, аифратар и рабочий регистр, подключенный выходом к и-му информационному входу и-координатного линей- 5 ного интерполятора, и-й выход которого соединен с нулевым входом первого триггера, подключенного единичным входом и выходом соответственно к выходу блока формирования частоты отра-30 ботки кадра программы и к управляющему входу первого ключа, подсоединенного выходом к тактовому входу и-координатного линейного интерполятора, вход буферного. регистра соединен с одним из выходов блока распределения информации,.а управляющий вход блока вторых ключей - с первым выходом блока управления.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а- о .ю щ е е с я тем, что блок управления содержит двухразрядный регистр сдвига, выходы которого соединены с первым и вторый выходами блока, управляющий вход — с выходом генератора импульсов сдвига, а устанбвочный вход - с выходом первого элемента

ИЛИ, подключенного входами к элементу запуска и к выходам третьего и четвертого ключей, первый вход третьего ключа соединен с запускающим входом блока, с первым входом второго элемента ИЛИ и через первый элемент задержки — с нулевым входом .второго триггера, единичный выход которого связан с вторым входом третьего ключа, а единичный вход - с элементом предварительной установки и с нулевым входом третьего триггера, единичный выход которого соединен с первым входом четвертого ключа, а единичный вход — c выходом второго элемента ИЛИ, второй вход которого через второй элемент задержки связан с управляющим входом блока и с вторым входом, четвертого ключа..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1.,Способы подготовки програюы и интерполяторы для контурных систем числового управления станками., М., "Машиностроение", 1970, с. 86;

2. Там же, с. 89.

3. Там же, с. 71-84, рис. 34 (прототип}.

991376

Составитель В.Дианов

Редактор Т.Кугрышева Техред H.Гайду Корректор А. Фере н ц

Заказ 131/65 Тираж 872 Подписное

BHHHTIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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