Система адаптивного управления металлорежущим станком

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сецналнстнчесник

Республик 996997 (63)Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 0á.05.81{21) 3287б04/18-24

)$q) М Кд 3 с присоединением заявки ¹

0 05 В 19/39

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

{23) Г риоритет

)$3)УДК 62-50 (088,8) Опубликовано 15.02.83. Бюллетень № б

Дата опубликования описания 15.-02 ° 83 бюро тяжелых и Фрезерных станков (54) СИСТЕМА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

МЕТАЛЛОРЮКУР!ИМ СТАНКОМ

Изобретение относится к автомати» зации обработки на металлорежущих станках, в частности к системам адаптивного управления уровнем вибраций и загрузки главного привода.

Известна система адаптивного управления с ограничением уровня вибраций путем регулирования подачи, со-держащая контур стабилизации мощности резания и контур гашения уровня .вибраций, состоящий из последовательного включения датчика колебаний, усилителя, полосовых фильтров, детекторов, первого блока сравнения, второго блока- сравнения, подключенного к выходу эадатчика допустимой амплитуды колебаний, релейного звена, подключенного к входу первого форми рователя импульсов и к третьему. входу элемента сравнения контура стабилизации мощности, а также реверсквный счетчик, прямые выходы которого под ключены через цифро-аналоговый преобразователь к четвертому входу эле.мента сравнения контура стабилизации мощности, инверсные выходы — через элемент Й-НЕ и элемент времени к входу второго формирователя импульсов, а суммирующий и вычитающий входы подключены соответственно к выходам первого и второго формирователей и через элемент ИЛИ - к дополнительному входу элемента времени f1 ).

Недостатком этого устройства asляется некоторое снижение производительности из-за уменьшения величины подачи при гашении вибраций.

Наиболее близкой к изобретению является система адаптивного управления металлорежущим станком, содержащая последовательно соединенные первый блок гашения вибраций и блок

- стабилизации мощности резания, подключенный вторым и третьим входом соответственно к первому и второму выходам второго блока гашения вибраций, первым и вторым выходом — к объекту управления, а четвертым входомО к первому выходу объекта управления, второй выход которого подключен к первому входу первого блока гашения вибраций (2}.

Однако известная система характеризуется ограниченными возможностями автоматического уменьшения уровня вибраций изменением скорости резания, так как скорость резания может изменяться только в некотором диапазоне, ограниченном минимальной и максимальной скоростями резания, 996997

U - задающее напряжение, про о порциональное заданйой мощности резания, .

5 - подача минутная, подача на зуб;

2

0 „U

Б ах напряжения, пропорциональ ные текущей и максимально возможной подаче, число зубьев фрезы текущая скорость резания;

U> задающее напряжение, пропорциональное задаваемой оп.имальной скорости рез-сия, допустимыми из условия обеспечения требуемой стойкости инструмента. По . этой причине могут возникать режимы, когда скорость резания достигает уровня ограничения по максимуму или минимуму, а вибрации еще не уменьшились до допустимого уровня. В этих случаях автоматическое гашение вибраций станка не обеспечивается, станок отключается, чем несколько снижается производительность обработки.

Цель изобретения - повышение быстродействия и устранение вибраций.

Цель достигается тем, что система содержит первый компаратор, первый ключ и последовательно соединенные задатчик ограничений скорости резания, второй компаратор, элемент

И, формирователь импульсов, триггер и второй ключ, подключенный выходом к входу второго блока гашения вибраций, а вторым входом.- к второму выходу первого блока гашения вибраций и второму входу первого ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом триггера, а выход - с вторым входом первого блока гашения вибраций, подключенного третьим входом к первому выходу задатчика ограничен. ной скорости резания, il четвертым входом — к второму выходу задатчи- . ка ограничений скорости резания и к первому входу перво:о компаратора, выход которого подкл .чен к второму входу элемента И, а второй вход к второму входу компаратора и третьему выходу блока стабилизации мощности резания, третий выход второго блока гашения вибраций подключен к второму входу фОрмирователя импульсов.

На фиг. 1 представлена функци- ональная схема системы, на фиг..2а, Π— статические характеристики объекта регулирования, на фиг. 3 - временные графики работы системы.

На фигурах и в тексте описания приняты следующие обозначения:

h u h - текущая и допустимая амО плитуда вибраций,"

И - мощность резания, U, U, U — напряжения, пропорциональ-.

>18 " " ные текущему значению скорости и ограничениям ско- рости резания по минимуму

I и максимуму.

Система содержит первый блок 1 ,гашения вибраций, блок 2 стабилизации мощности резания, второй блок 3 гашения вибраций, первый компаратор

4, первый ключ 5, задатчик б ограни10 чений скорости резания, второй компаратор 7, элемент И 8, формирователь 9 импульсов, триггер 10, второй ключ 11 и объект анулирования 12.

Первый блок 1 гашения вибраций

1 представляет собой экстремальный контур гашения вибраций путем регулирования скорости резания и содержит первое запоминающее устройство 13, логическое устройство 14, переключа2О тель 15, второе запоминающее устрой- . ство 16,командный генератор 17, реверсивный элемент 18, второй элемент

И 19, пороговое устройство 20, задатчик 21 допустимого уровня вибраций, датчик 22 вибраций и первый сравнивающий элемент 23

Блок 2 стабилизации мощности резания содержит эадатчик 24 начальной скорости, второй сравнивающий элемент 25, главный привод 26, задатчик

27 мощности резания, третий сравнивающий элемент 28, четвертый сравнивающий элемент 29, регулятор 30, привод подачи 31, блок 32 ограничения подачи, датчик 33 мощности.

Второй блок 3 гашения вибраций путем регулирования подачи содержит цифро-аналоговый преобразователь 34, реверсивный счетчик 35, элемент И-НЕ

36, первый формирователь 37 импуль40 сов, пороговый элемент 38, второй форми1звватель 39 импульсов, элемент задержки 40 и элемент ИЛИ 41.

Алгоритм управления должен быть следующим.

Предположим, при возникновении вибраций состояние объекта управле: ния характеризуется точкой 1 по статическим характеристикам на фиг. 2а, о . Система УпРавления при этом при помощи блока .1 регулированием скорости резания стремится обеспечить условие h » ho и выходит на ограничение скорости резания по максимуму

V Ч,„,„(точка 2 на фиг. 2а). . В этом случае должен включиться блок 3 гашения вибраций регулированием подачи, Путем снижения подачи система обеспечивает условие h » h (точка 3 на фиг. 2 а,о ). Скорость

60 резания теперь должна стремиться к своему начальному значению V - V о

При уменьшении скорости резания до величины V îïÿòü возникают вибрации больше допустимого уровня h (óo÷êà 4 б5 на фиг. 2а, b ), но соответствующим

996997 снижением подачи до величины Ь (точка 5) они снижаются.

Система управления поддерживает режим резания с параметрами: V Чд, 5 S, h = h до тех пор, пока не пройден. вибронеустойчивый участок.

После его прохождения (например, вследствие уменьшения припуска обработки) состояние объекта характеризуется точкой 6 на фиг. 2а, К . Система управления повыаает подачу до тредуемой величины, при которой стабилизируемая мощность равна первоначально заданной и йо (точка 7 на фиг. 2а, е ). Затем система управления должна вернуться в исходное состояние и при следующем возникновеHHH вибраций больше допустимого уров. ня обеспечивать нх снижение регулиро. ванием скорости резания.

В соответствии с изложенным алгоритмом построена функциональная схема системы адаптивного управления (фиг. 1).

Система работает следующим образом.

При подаче питания на устройство триггер 10 специальной схемой (на фиг. 1 не показана) устанавливается в нулевое состояние, при этом ключ

11 замкнут, ключ 5 разомкнут, и блок

1 подготовлен к работе. Так как ключ

5 разомкнут, то сигнал на выходе релейного звена 38 и на втором входе блока 2 равен нулю. Реверсивный счетчик 35 также специальной схемой (на фиг. 1 не показана) при включении питания устанавливается в нулевое состояние, на выходе цифро-аналогового преобразователя 34 и на третьем входе блока 2 стабилизации сигнал равен нулю.

Задатчиком 27 задается уставка мощности резания и й и блок 2 регулированием подачи 5 стабилизирует мощность резания на заданном уровне N . В случае обработки без вибра,ц )й.. (точки 7 на фиг. 2а,о ) h h и пороговый элемент 20 через элемент

И 19 блокирует реверсивный элемент

18 и сигнал на третьем входе блока 2, так.же как и на первом и втором входах, равен нулю. При возникновении вибраций h ъ h (òo÷êè 1 на фиг. 2 и 3 и время по фиг. 3) срабатывает пороговый элемент 20 и через элемент 19 сигнал поступает на реверсивный элемент 18. Реверсивный элемент 18 формирует управляющее воздействие на третий вход блока 2 таким образом, чтобы происходило снижение вибраций изменением скорости резания V (интервал времени t„ - с по фиг, 3).

При выходе на ограничение V

V (точки 2 на фиг, 2 и 3 и время е. на фиг. 3) выходной сигнал компаратора 4 и элемента И 8 становятся равными нулю (ранее сигнал на выходе компаратора 4 и схемы И 8 был вследствие 0ч„„ „, > 0> равен логической единице "1"), чему соответствует какой-либо перепад потенциалов относительно общей шины схемы. Формирователь 9.формирует импульс, который переводит триггер 10 в состояние "1".

Прн этом ключ 11 размыкается, а ключ

5 заьыкается. В работу вступает блок

3 гашения вибраций. Релейное звено

38 подает на второй вход блока 2 © импульс, равный по амплитуде напряжению UN на максимальной уставке мощности. Этот сигнал вычитается иэ напряжения 0„ вследствие чего опорное напряжение 0 Ой - U >- 0з кон05 о тура стабилизации на некоторое время становится равным нулю или обратного знака чем 0н . Подача 5 спадает до нуля и вибрации интенсивно уменьшаются (интервал времени t - t no фиг. 3).

Щ Одновременно реверсивный счетчик

35 под действием по суммирующему входу "+" импульса формирователя 37 изменяет свое состояние и на выходе цифро-.аналогового преобразователя-34 появляется дискрета напряжения 0

= 0 („ (где К вЂ” число разрядов счетчика, которое вычитается из опорного напряжения 0оп ).

На выходе элемента И-НЕ 36 появЗО ляется уровень логической единицы

"1", однако формирователь 9 не по" дает импульс на вход триггера 10, так как он срабатывает только от отрицательного перепада напряжения на одном из его входов.

После уменьшения вибраций до. уровня h c h сигнал на выходе .порогового элемента 38 становится равным нулю, и опорное напряжение 0 блока.

2 восстанавливается до прежнего уров10 ня эа вычетом одной дискреты цифроаналогового преобразователя 34, т.е.

0 „; — 0 „-bU. Подача повышается до уровня, при котором мощность резания равна N и - ьй, где, hй дискрета

45 уменьшения мощности, соответствующая дискрете Д0 (момент времени и по фиг. 3).

Вследствие того, что в течение времени с - с4 ключ 11 разомкнут, управляющее воздействие с элемента

И 19 на вход реверсивного элемента

18 не поступает, и выходное напряже« ние элемента 18 уменьшается по апериодическому эакьну. На соответствукиаую величину уменьшается и скорость резания, которая в момент раэмыкания ключа 11 Ч V .

Как видно из фиг. 2 и 3, в точке

4 и в момент времени 4 вибрации вновь превнаают допустимый уровень бO U . Тогда снова повторяется описаинйй процесс гашения вибраций, т.в. с порогового элемента 38 на первый вход блока 2 поступает сигнал, напряжение 0щ,уменьшается до нуля, б5 уменьшается до нуля подача 5 и т.д.

996997

После каждого изменения состояния реверсивного счетчика 35 элемент задержки 40 начинает отсчет выдержки, времени дс с нулевыми начальными условиями. Установка начальных условий н элементе задержки времени 40 производится при каждом срабатывании формирователей 37 и 39 через схему ИЛИ

41. При достижении выдержки времени формирователь 39 импульсов подает

«а вычитающий вход "-" реверсивного счетчика 35 импульс (момент времени

tz), в результате чего на -величину

gU снижается выходное напряжение цийро-аналогового преобразователя 34, ) носстанавливается опорное напряжейие

U „,,повышается подача S и мощность резания N йо.

С момента времени „ по фиг. 3 (точка б по фиг. 2 и 3) причина возбуждения сильных вибраций при резании исчезает, и далее обработка идет с уставкой Ооп = 0кои увеличенной подачей, но h + h . Так как на вход элемента задержки 40 поступает управляющий,сигнал от элемента И-НЕ 36, то элемент 40 начинает отсчет выдерж-. ки времени at, В момент времени с (см. фиг. 3) формирователь 39 импульсон своим импульсом перебрасывает реверсивный счетчик 35 н исходное нулевое состояние, при этом элемент

И-НЕ 36 отрицательным перепадом напряжения через формирователь 9 перебрасывает триггер 10 н исходное нулевое состояние, ключ 11 замыкается, ключ 5 размыкается и система подготовлена к следующему прохождению участка с нибронеыстойчивым резанием (точка 7 по фиг. 2 и 3), 3

Аналогично рассмотренному происходит работа при ныходе на ограничение по скорости резания V „. (левый "склон характеристик на фиг. 26), Экономическая эффективность изоб.ретения заключается н исключении недопустимых режимов работы.с вибрациями .больше допустимого уровня и, тем самым, в повышении надежности работы станка и инструмента, а также в повышении производительности обработки.

Формула изобретения

Система адаптивного управления металлорежущим станком, содержащая последовательно соединенные первый блок гашения вибраций и блок стабилизации мощности резания,, подключен- ный вторым и третьим нходом соответственно к первому и второму выходам второго блока гашения вибраций, первым и вторым выходом — к объекту управления, а четвертым входом— к перному выходу объекта управления, второй выход которого подключен к первому входу первого блока гашения вибраций, отличающаяся

15 тем, что,,с целью повышения быстродействия и устранения вибраций, она содержит первый компаратор, первый ключ и последовательно соединенные задатчик ограничений скорости резаЩ ния, второй компаратор, элемент И, формирователь импульсов, триггер и второй ключ, подключенный выходом к входу второго блока гашения вибраций, а вторым входом — к второму выходу первого блока гашения вибраций и второму входу первого ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом триггера, а выход — c вторым входом первого блока гашения вибраций, подключенного третьим входом к первому выходу задатчика ограничений скорости резания, а четвертым входом — к второму выходу задатчика ограничений скорости резания и к первому входу перного компаратора, выход которого подключен к второму входу элемента И, а второй вход— к второму входу компаратора и третьему выходу блока стабилизации мощности резания, третий выход второго бло;

4Q ка гашения вибраций подключен к второму &оду формирователя импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 684513, кл. G 05 В 19/38, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 815715, кл, G 05 В 19/38, 1979 (прототип).

996997

hk гу&&

Составитель В. Нефедов

Редактор М. Бандура Техред Т,фанта Корректор О. Билак

Заказ 932/65 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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