Устройство для управления станком с выдвижным шпинделем

Номер патента: 1108393

Авторы: Палк, Карпенко, Звонарев

Скачать ZIP архив.

Текст

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) В) 05 В 19 19 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОР У СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Особое конструкторское бюро станкостроения(56) 1, Патент Великобритании У 1509089, кл. С 05 В 19/02, 1978.2. Системы автоматического управления станками, Сб. Под ред, Ю.Е. Михеева. М "Машиностроение", 1978, с. 246-249.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯСТАНКОМ С ВЫДВИЖНЫМ ШПИНДЕЛЕМ,содержащее первый и второй алгебраические сумматоры, подключенныепервыми входами к задающему входуустройства, вторыми входами - квыходам соответственно датчикавыдвижения шпинделя и первому выходу блока коррекции, а выходами через соответствующие преобразователи цифро - аналог - к входам привода главного движения, третий ичетвертый алгебраические сумматоры,соединенные первыми входами с задающим входом устройства, вторыми входами соответственно - с вторым выходом блока коррекции и с выходомдатчика силы резания и вибрации,а выходами через соответствующиевторые преобразователи цифро-аналог - с входами привода подачи,первый и второй сумматоры, подключенные выходами к входу блока коррекции, а первыми и вторыми информационными входами соответственно -к первому и второму выходам блокасравнения с памятью, связанноговходами с выходами первого и второго преобразователей аналог - код,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения надежности устройства, в него введены фильтр частот,инвертор и третий преобразовательаналог - код, подключенный входом к выходу датчика величины выдвижения шпинделя, первыми выходами -к третьим информационным входампервого и второго сумматоров, авторым выходом - к управляющему входу второго сумматора и к входу инвертора, соединенного выходом суправляющим входом первого сумматора, причем выходы фильтра частотподключены к входам первого и второго преобразователей аналог - код,а вход - к выходу датчика силы резания и вибрации.1 1Изобретение относится к станкостроению, в частности к системам адаптивного управления станками еИзвестна система управлениястанком, измеряющая вибрацию и поперечную силу, действующую на инструмент, содержащая устройство программного управления, приводы перемещения органов станка, а также датчик вибраций и усилий резания, установленный на шпинделе станка, фильтры высокой и низкой частоты, подключенные к датчику, два блокасравнения и суммирующий блок, служащий для управления мощностью на шпинделе. Система предназначена для поддержания оптимальных режимов резания и нагрузки на выдвижной шпиндель.В данной системе управления в качестве датчика использован пьезоэлектрический кристалл, расположенный в непосредственной близости к режущему инструменту.Механические усилия от динамического воздействия режущего инструмента на деталь, а также вибрации режущего инструмента вызывают появление электрического сигнала на выходе датчика. Сигнал с датчика усиливается и подается на оба фильтра. Выходной сигнал фильтра высокой частоты является функцией вибраций, выходной сигнал фильтра низкой частоты является функцией поперечного (бокового) усилия. Выходной сигнал с фильтров подается на выпрямители и далее - на инвертирующие усилители, где происходит сравнение с опорными напряжениями, пропорциональными боковому усилию и вибрации. Выходной сигнал с инвертирующих усилителей передается на суммирующий усилитель, где происходит сравнение с запрограммированным (эталонным) напряжением. Результирующий сигнал поступает на исполнительный привод органа станка, и устанавливается такая скорость подачи, при которой вибрации не превышают заданного граничного значения 13.108393 10 15 20 25 максимальной и минимальной частотыврашения шпинделя, максимального 35 уровня вибраций, максимального крутящего момента резания, максимальнои мощности на валу шпинделя. Блоки вычисления критерия оптимальности непрерывно определяютего значение в соответствии с задан 40 ной формулой, при этом все константы вводятся оператором. Таким образом, известная систе 45 ма содержит устройство числового программного управления, соединенное с приводами подач и главного движения, а также датчики силы резания и вибраций, размещенные нашпиндельном узле и подключенныевыходами через усилители-преобразователи и блок сравнения и хранения 50 информации к блоку вычисления критерия оптимизации, выход которого вается опосредственно путем сравнения с заранее жестко заданным опорным напряжением, и оно не изменяется в процессе обработки детали при изменении условий резания, в том числе и при изменении величины выдвижения шпинделя. При этом не выделяются составляющие вибраций, обусловленные воздействием различных факторов (износ инструмента, нестационарность параметров системы СПИД). Это сужает функциональные возможности системы и управляемого ею станка.Наиболее близкой к изобретению является адаптивная поисковая система с экспериментальным определением оптимального режима для фрезерного станка, содержащая блок задания программы, устройство для поиска оптимального режима, включающее в себя блоки обработки входной информации, вычисления критерия оптимальности и блоки, осуществляющие оптимизацию критерия. Станок оснащен датчиками крутящего момента, температуры в зоне резания и относительных колебаний инструмента и заготовки.Блок обработки входной информации выполняет функции вычисления и функции ограничения максимальной и минимальной подачи на эуб фрезы, Однако в такой системе не обеспечивается оптимальный режим обработки (с учетом влияния вибраций, например, при износе инструмента), так как величина вибраций учитычерез блок коррекции соединен сучпу 22. В рассматриваемой системе датчики обратной связи по перемещению1108393рабочих органов станка связаны только с УЧПУ и не используются для получения информации о состоянии СПИД (в том числе о выдвижении шпинделя) в вычислении критерия оптими зации. Это ограничивает технологические возможности системы, так как ее можно применять лишь на станках со стационарными характеристиками СПИДОднако при обработке деталей на станках с выдвижным шпинделем предельно допустимая нагрузка на инструмент или максимальная сила резания зависят сложным образом от величины выдвижения (вылета) шпинде ля относительно жесткой опоры (переднего подшипника), динамических характеристик системы СПИД, а также от материала обрабатываемого изделия и свойств режущего инстру мента. Эта зависимость для каждого конкретного станка может быть определена расчетным или экспериментальным путем.Превышение максимального значе ния силы резания приводит к изменению характеристик системы СПИД, износу инструмента, а также возникновению вибраций, ухудшению частоты обрабатываемой поверхности 30 детали и к поломке инструмента, тем самым снижая надежность системы.Цель изобретения - повышение надежности устройства управления станком путем введения в процесс управления обработкой функциональной зависимости силы резания и амплитуды вибраций выдвижного шпинделя от величины выдвижения (вылета) этого шпинделя. 40 дом датчика силы резания и вибраций, а выходами через соответствующие вторые преобразователи цифра - аналог - с входами привода подачи, первый и второй сумматоры, подключенные выходами к входу блока коррекции, а первыми и вторыми- информационными входами соответственно - к первому и второму выходам блока сравнения с памятью, связанного входами с выходами первого и второго преобразователей аналог - код, дополнительно введены фильтр частот, инвертор и третий преобразо.-. ватель аналог - код, подключенный входом к выходу датчика величины выдвижения шпинделя, первыми выходами - к третьим информационным входам первого и второго сумматоров, а вторым выходом - к управляю- щему входу второго сумматора и к входу инвертора, соединенного выходом с управляющим входом первогосумматора, причем выходы фильтрачастот подключены к входам первогои второго преобразователей аналог -код, а вход - к выходу датчика силы резания и вибраций.Такое выполнение устройства позволяет ввести в процесс управления информацию о вибрации выдвижного шпинделя нри выдвижении его на различную величину (при разных вылетах) и обеспечить обработку детали при оптимальном усилии резания независимо от износа инструмента и нестационарности характеристик системыСПИД. Поэтому введение в процессуправления обработкой на станках свьдвижным шпинделем управляющегосигнала в функции силы резания и55 Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления станком с выдвижным шпинделем, содержащее первый и второй алгебраи 4 ческие сумматоры, подключенные первыми входами к задающему входу устройства, вторыми входами - к выходу соответственно датчика выдвижения шпинделя и первому выходу блока коррекции, а выходами через соответствующие преобразователи цифро - аналог - к входам привода главного движения, третий и четвертый алгебраические сумматоры, соединенные первыми входами с задающим входом устройства, вторыми входами соответственно - с вторым выходом блока коррекции и с выховибраций от величины выдвиженияшпинделя с учетом материала заготовки и свойств режущего инструмента расширяет функциональные возможности системы управления станкоми повышает ее надежность. На чертеже приведена схема устройства для управления станком свыдвижным шпинделем. Устройство содержит первый, второй, третий и четвертый алгебраические сумматоры 1-4, первые преобразователи 5 цифро - аналог, привод 6 главного движения, датчик 7 выдвижения шпинделя, третий преобразователь 8 аналог - код, инвертор 9, вторые преобразователи 1 О цифро20 25 аналог, привод 11 подачи, датчик 12силы резания и вибраций, фильтр 13частот, первый и второй преобразователи 14, 142 аналог - код , блок15 сравнения с памятью, первый ивторой сумматоры 16 16, блоккоррекции 17.Алгебраические сумматоры 1-4представляют собой набор элементовпамяти, в которых хранится предварительно вводимая информация расчетной степенной зависимости силырезания тр и амплитуды вибрацийот величины выдвижения шпинделят.е, Р, Яр= Г. В элементахпамяти, содержащих определенноеколичество ячеек памяти (в каждуюиз которых записывается однобитовая еинформация), записаны предварительно рассчитанные и протабулированные значения зависимости Рр, р == 1( ). На адресные входы и вход"Выбор микросхемы" элементов памяти алгебраических сумматоров 1-4подается информация в виде 4- и8-разрядных двоичных кодов. Ацресуясь к конкретным ячейкам памяти алгебраических сумматоров 1-4, на выходе этих ячеек получаем ранее записанную информацию в виде кода числа, пропорционального силе резания., амплитуде вибраций и величине выдвижения шпинделя. Эта информация поступает на управляющие входы первых 5 и вторых 10 преобразо 35 вателей цифро - аналог, изменяя крутизку их преобразования, а следовательно, и скорости приводов главного движения и подачи, Преобразователи 5 и 10 выполнены на интег 40 ральных микросхемах серии 572 ПА 1.Привод 6 главного движения выполнен в виде замкнутой системы регулирования скорости двигателя постоянного тока. Изменение напряжения на выходе преобразователя 5 цифро-аналог автоматически приводит к пропорциональному изменению скорости вращения вала двигателя и соответственно скорости обработки50 (резания). Датчик 7 выдвижения шпинделя индуктивный циклический датчик перемещения типа "индуктосин".Третий преобразователь 8 аналог код предназначен для преобразования аналогового циклического сигнала с датчика 7 выдвижения шпинделя в код и может быть реализован на интегральной микросхеме 572 ПВ 1.Инвертор 9 служит для инвертирования старшего разряда четырехразрядного двоичного кода, поступающего на его вход с третьего преобразователя 8 аналог - код.Привод 11 подачи выполнен в виде замкнутой системы регулирования скорости перемещения рабочего механизма станка. Изменение напряжения на выходе преобразователя 10 цифроаналог автоматически приводит к пропорциональному изменению скорости перемещения.Датчик 12 силы резания и вибраций мембранного типа с электромагнитным преобразованием изменения давления в гидростатической опоре выдвижного шпинделя в электрический сигнал, поступающий на фильтр 13 частот, выполненный на операционных усилителях в виде активных фильтров высокой и низкой частот.Первый и второй преобразователи 14, и 14 аналог - код служат для преобразования сигналов о величине силы резания и амплитуде вибраций после фильтра 13 частот в восьми- разрядный двоичный код.Блок 15 сравнения с памятью предназначен для непрерывного сравнения текущей информации о величине силы резания и амплитуде вибраций, поступающей в виде двоичного кодас преобразователей 14, с их максимально допустимыми значениями, записанными в память. Блок 15 выполнен на интегральных микросхемах серии 561 ИП 2. Первый и второй сумматоры 16,и 162 служат для передачи текущей информации при значениях силы резания и амплитуды вибраций, не превышающих максимально допустимуювеличину, и запрещают ее передачу при значениях, превышающих допустимые значения. Первый и второй сумматоры реализованы на интегральных микросхемах серии 176 ИРЗ.Ъ Блок 17 коррекции презназначен для выбора оптимальных значений величин подач 8 и скорости резания Ч (оборотов шпинделя) с учетом текущих значений силы резания, амплитуды вибраций и величины выдвижения шпинделя, т.е. для реализации зависимости Я = Г (Г , У С) и(ГР, , К). Блок 17 можетбыть реализован на интегральных микросхемах серии 573 Рф 2,Устройство работает следующимобразом,На приводы подачи 11 и главногодвижения б в соответствии с запрограммированным режимом и технологией обработки детали подаются сигналы управления скоростями подачи и 1 Орезания. На выходах датчиков силырезания и вибрации 12 и величинывыдвижения шпинделя 7 при этом появляются сигналы, характеризующиетекущее состояние процесса обработки и системы СПИД. Эти сигналы поступают на фильтр 13 частот и третийпреобразователь 8 аналог - код соответственно. С выхода преобразо-.вателя 8 сигнал в виде четырехразряд ного двоичного кода подается на ин"формационные входы и вход "Выбормикросхемы" элементов памяти первого и второго алгебраических сумматоров 1 и 2. С первого выхода 1.5фильтра 13 частот сигнал через первый преобразователь 141 аналог -код поступает на вход блока 15 сравнения с памятью. Этот сигнал в виде восьмиразрядного двоичного кода,характеризующий величину текущегозначения силы резания, сравнивается с записанным в памяти максимально допустимым значением и передается через первый сумматор 16 на35блок 17 коррекции, если сила резания меньше максимально допустимогозначения. На первом выходе блока17 коррекции при этом формируетсякод, соответствующий увеличению40скорости вращения двигателя привода главного движения. Сформированный таким образом код подается навторые входы алгебраических сумма"торов 1 и 2 на выходе которых полуУ45чим число, пропорциональное оптимальному значению силы резания при данной скорости вращения шпинделя иданном значении вылета шпинделя,Это число преобразуется первымпреобразователем 5 цифро-аналог внапряжение и подается на привод бглавного движения, число оборотовдвигателя (и шпинделя соответственно) которого прямо пропорционально величине этого напряжения. Со второго выхода фильтра 13 частот сигнал через второй преоб 93 8разователь 14 аналог - код поступает на вход блока 15 сравнения с памятью. Этот сигнал в виде восьми- разрядного двоичного кода, характеризующий вег.ичину текущего значения амплитуды вибраций, сравнивается с записанным в памяти максимально допустимым значением и передается через второй сумматор 1 б 2 на блок 17 коррекции, если амплитуда вибраций меньше максимально допустимого значения. На втором выходе блока 17 коррекции при этом будет сформирован код, соответствующий увеличению скорости подачи. Этот код подается на вторые входы алгебраических сумматоров 3 и 4, на выходе которых получим число, пропорциональное оптимальному значению амплитуды вибраций при данной скорости подачи. Это число преобразуется вторым преобразователем 10 цифро-аналог в напряжение и подается на привод 11 подачи, скорость которой прямо пропорциональна величине этого напряжения..Если сила резания или амплитуда вибраций больше своих максимально допустимых значений, то сигналы с фильтра 13 частот через первый или соответственно второй преобразователи 14 не пройдут на вход блока 15 сравнения с памятью.Второй выход третьего преобразователя 8 подключен к управляющему входу второго алгебраического сумматора и к входу инвертора, соединенного с управляющим входом первого алгебраического сумматора. Включение первого или второго сумматора осуществляется в зависимости от величины выдвижения шпинделя по старшему разряду четырехразрядного кода - если в старшем разрядеф 1" работает второй сумматор, если "О" - работает первый сумматор.1Предлагаемое устройство управления может быть использовано на любых металлорежущих станках, имеющих вьдвижной шпиндель. При этом обеспечивается обработка деталей с предельно допустимой нагрузкой шпинделя, т,е. с максимальной силой резания, что повышает производительность станка. Возникшие при этом вибрации поамплитуде не превышают величины,1108393 обеспечивающей требуемую чистоту обработанной поверхности.Автоматическое формирование управляющего сигнала в функции силы резания и вибраций от величины выдвижения шпинделя обеспечивает Составитель Н. Горбунов едактор М. Бандура Техред А. Бабинец Коктор В. Бутя Подписно Тираж 8 ц 2венного комитета Сре те ний и от крыт ий35, Раушская наб.,Проектная ПП "Патент", г. Ужгород ил пал Заказ 5862/32 ВНИИПИ Государ по делам из 113035) Москва, оптимальные условия для резанияпри изменяющихся характеристикахсистемы СПИД, а также из-за неоднородности обрабатываемого мате риала детали и изменения режущихсвойств инструмента.

Смотреть

Заявка

3449082, 03.06.1982

ОСОБОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО СТАНКОСТРОЕНИЯ

КАРПЕНКО ЛЕОНИД ИОСИФОВИЧ, ПАЛК КОНСТАНТИН ИЛЬИЧ, ЗВОНАРЕВ НИКОЛАЙ МИХАЙЛОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G05B 19/19

Метки: выдвижным, шпинделем, станком

Опубликовано: 15.08.1984

Код ссылки

<a href="http://patents.su/6-1108393-ustrojjstvo-dlya-upravleniya-stankom-s-vydvizhnym-shpindelem.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для управления станком с выдвижным шпинделем</a>

Похожие патенты