Устройство для программного управления шпинделем

/24-2 02127 .08,8 .09.8 А. Ле Горбе 1.503 и Э.Т. (53) 62 (56) Ав Ф 9607Анто Р 97642 торск 6, кл. рское РАММНОГ тся к автотехник в системах требуетсере на блок-схема2 - схема блок3 - графикимости скорост е т радиуса точескорости резааблица зависимо на фиг ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Бюл. Р 36нтьев, Л,М. Сергеевко55(088,8)е свидетельство СССС 05 В 19/18, 1981 освидетельство СССРС 05 В 19/18, 1981(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОУПРАВЛЕНИЯ ШПИНДЕЛЕМ(57) Изобретение относиматике и вычислительнойможет найти применениеЧПУ станками, в которых Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техник.и может найти применение в системачислового программного управлениястанками, в которых требуется управлять скоростью вращения шпиндела также поддерживать заданную впрограмме скорость резания при пменном радиусе обработки,Цель изобретения - повьппениебыстродействия и упрощение устройства,На фиг. 1 привеустройства; на фиг7(8) памяти; на фифункциональной заввращения шпинделяния при постоянной управлять скоростью вращения шпинделя, а также поддерживать эаданую в программе скорость резанияпри переменном радиусе обработки.Цель изобретения - повьппение быстродействия и упрощение устройства.Устройство для программного управления шпинделем содержит блок ввода программы, регистры, комбинационный сумматор, три блока памяти,три П-триггера, элементы И, реверсивный счетчик импульсов,. генераторимпульсов, блок синхронизации, дешифратор нуля, реверсивный делитель.Данное устройство имеет повышенноебыстродействие при простоте и надежности схемы, 8 ил,сти выходного кода элемента 34 памяти от входного кода скорости резания; на фиг. 5 - таблица зависи-. мости кода на выходах элементов 32, 33 памяти от величины радиуса точения (при соответствующем расчетном значении скорости вращения шпинделя), на фиг. 6 - схема блока 25 синхронизации; на фиг, 7 - график функциональной зависимости скорости вращения шпинделя в об/мин от радиуса точения и местоположения инструмента (за осью вращения или перед осью вращения); на фиг. 8 - схема коммутатора.Устройство (фиг,1) содержит блок 1 ввода программы, шинньп 1 формиротель 2, первый 3 и второй 4т ры, комбинационный сумматор 515117 40 50 3вый - третий 6-8 блоки памяти, резистор 9, с первого по восьмой элементы И 10-17, первый - третий 18-20Р-триггеры, генератор 21 импульсов,дешифратор 22 нуля, реверсивный делитель 23, коммутатор 24, блок 25синхронизации, реверсивный счетчик26 импульсов, входы-выходы 27-31,Блок 7(8) памяти (фиг,2) состоит из первого " четвертого программируемых постоянных запоминающихэлементов 32-35; блок 8 памяти(Фиг,2) состоит из программируемогопостоянного запоминающего элемента 1536. Позициями 37-70 обозначены входы-выходы блоков памяти.Блок 25 синхронизации (Фиг.6) состоит из четырех 0-триггеров 71-74:триггеры 71 и 73 - канал "Плюс", 20триггеры 72 и 74. - канал "Минус",Коммутатор 24 (Фиг.8) состоит изинверторов 75-77, резистора 78, Отриггера 79, элементов И 80-83 иэлементов ИЛИ 84-86, 25Устройство работает следующим образом.При задании в программе оборотовшпинделя с помощью подготовительнойфункции С 97 под адресом Б програыируется число оборотов шпинделя в минуту,В этом режиме работы на соответствующем выходе устройства в зависимости от направления вращения шпинде ля (Функции МОЗ или МО 4) должна бытьобеспечена частота, соответствующаязаданным в программе оборотам шпинделя. Это является первым режимомработы устройства.При задании в программе скоростирезания с помощью подготовительнойфункции С 96 под адресом Б программируется величина скорости резания в маймин. В этом режиме частота на выходе устройства, а следовательно, и обороты шпинделя должныизменяться по гиперболической зависимости (см.фиг.З) Это является вторым режимом работы устройства.Рассмотрим работу устройства впервом режиме. По сигналу "Начальный установ", поступающему от блокаввода программы, первый - третий Ртриггеры 18-20 устанавливаются внулевое состояние, при этом на единичном выходе первого 0-триггера 18устанавливается нулевой потенциал,который обеспечивает включение пер 35 4вого регистра 3 .в режим вывода информации на выходы У, на нулевом выходе первого Р-триггера 18 устанавливается потенциал единицы, который обеспечивает третье состояние на выходах второго и третьего блоков 7,8 памяти, т.е. отключение третьего блока 8 памяти от шины, состоящей из двенадцати линий 54-65.На единичном выходе второго 0-триггера 19 устанавливается нулевой потенциал, который блокирует работу пятого элемента И 14; на нулевом выходе второго П-триггера 19 устанавливается потенциал единицы, который разрешает работу шестого элемента И 15. На единичном выходе третьего П-триггера 20 устанавливается нулевой потенциал, который блокирует работу пятого и шестого элементов И 14, 15. Кроме того, по начальному установу в исходное состояние устанавливаются реверсивный делитель 23, блок 25 синхронизации, реверсивный счетчик 26 импульсов. Блок 1 ввода программы далее работает в соответствии с машинными тактами системы управления, которые вырабатываются при обращении к устройству для программного управления шпинделем в процессе работы,В первом машинном такте по шестому выходу блок 1 ввода программы по шине адреса, состоящей из шестнадцати линий, передает адрес, старшие восемь разрядов которого представляютсобой Физический адрес устройства дляпрограммного управления шпинделем, а восемь младших разрядов, поступающих на первый вход первого блока 6 памяти, используются для адресации первого - четвертого элементов И 13. Одновременного по восьмому выходу блок1 ввода программы передает сигнал"Запись".Поступивший Физический адрес устройства для программного управления шпинделем вызывает срабатывание седьмого элемента И 16, выход которого поступает на второй вход первого блока 6 памяти, разрешая его работу, и поступает также на второй вход шинного Формирователя 2, включая егов режим передачи данных от входа Вк выходу С. Так, если на восьми младших разрядах шины адреса установленкод нулевой ячейки, то на выходе первого блока 6 памяти устанавливаетсяединичный потенциал, к торый подклю 5 1511 чает третий вход четвертого элемента И 13. Одновременно нулевые потенциалы первого - третьего выходов блока 6 памяти блокируют работу первого третьего 10-12 элементов И.5Во втором машинном такте по седьмому выходу блок 1 ввода программы по шине данных, состоящей из двенадцати линий, передает код скорости враО щения шпинделя, а по пятому выходу блок 1 ввода программы передает сигнал "Разрешение доступа", который разрешает работу четвертого элемента И 13. Так как к этому моменту времени на шине адреса присутствует соответствующий адрес, а на шине данных - соответствующий код скорости вращения шпинделя, то тактовый импульс, поступающий с четвертого выхода блока 1 ввода программы, вызывает срабатывание четвертого элемента И 13, выходной сигнал с которога поступает на второй вход первого регистра 3, и код скорости вращения 25 шпинделя заносится в первый регистр 3.В третьем машинном такте по пятому выходу блок 1 ввода программы по шине адреса, состоящей из шестнадцати линий, передает адрес, старшие восемь разрядов которого представляют собой физический адрес устройства для программного управления шпинделем, а восемь младших разрядов, поступающие на первый вход первого блока 6 памяти, представляют собой35 адрес первой ячейки, которая используется для адресации первого элемента И 10. В этом случае единичный потенциал присутствует на втором вы ходе первого блока 6 памяти, подготавливая к срабатыванию в четвертом машинном такте первый элемент И 10.Одновременно нулевые потенциалы второго - четвертого выходов блока 6 памяти блокируют работу первого- третьего элементов И 10-12,В четвертом машинном такте по седьмому выходу блок 1 ввода программы по шине, состоящей из двенадцати линий (шина данных), передает сигнал нуля или единицы в зависимости от того, требуется ли подтвердить нулевое состояние первого П-триггера 18 (режим С 97) или установить его в еди 55 ницу (режим С 96), а по пятому выходу блок 1 ввода передает сигнал "Разрешение доступа , который разрешает работу первого элемента И 10. Так как 735 6к этому моменту времени на шине адреса присутствует соответствующий адрес, а на шине данных - соответствующий код, а именно код нуля, что соответствует режиму работы 697, то тактовый импульс, поступающий с четвертого выхода блока 1, вызывает срабатывание первого элемента И 10, а так как на выходе П первого П"триггера 18 присутствует нулевой потенциал, то он подтверждает нулевое состояние П-триггера 18,Аналогичным образом, так как это производилось в.третьем и четвертом машинных тактах, в пятом и шестом машинных тактах осуществляется запись направления вращения шпинделяво второй П-триггер 19 (режим работыМОЗ или МО 4), в седьмом и восьмом машинном тактах осуществляется записьсостояния "Пуск" или "Стоп" шпинделяв третий П-триггер 20 (режим "Стопшпинделя" МОЯ)В девятом машинном такте блок 1ввода программы по восьмому выходупередает сигнал Чтение" (потенциалединицы), который разрешает работувосьмого элемента И 1 7, с выхода которого частота генератора 2 импульсов:.начинает поступать на второй вход второго регистра 4, который с комбинационным сумматором 5 образует параллельный накапливающий сумматори осуществляет циклы суммирования,Импульсы переполнения с второговыхода комбинационного сумматора 5поступают на первые входы пятого ишестого элементов И 14, 15, а затемв зависимости от состояния второгоП-триггера 19, который хранит признак направления вращения, поступаютна соответствующий выход устройства:МОЗ или М 04 (вращение шпинделя почасовой или против часовой стрелки)Частота на выходе устройства врежиме С 97 в зависимости от значений,программируемых под адресом в программе обработки детали, определяЯется по формуле Р= Ге,гдеР - выходная частота тактового геГЕНнератора; Я в чис оборотов шпинделя2 " - объем накапливающего сумматора,при его размере в двенадцать двоичных разрядов 2 " = 4096.Поэтому, если объем накапливающего сумматора равен 4096, а тактовая частота генератора 21 равна4096 Гц, то при коде Б, равном 2000,который задан в программе обработкибах = 4096 Гц 6 = 2000 Гц,-2000При работе устройства во второмрежиме, а именно в режиме поддержания постоянной скорости резания, спомощью подготовительной ФункцииС 96 под адресом Я программируетсязначение скорости резания в метрахв минуту,В этом режиме устройство работаетв соответствии с Формулой2 лК 10 15 20 25 35 45 50 55 30 40 где и - число оборотов шпинделяв минуту в Функции радиусаточения при постояннойскорости реэания 17 - скорость резания, м/мин;К - радиус точения, м.ИнФормация о текущем значении радиуса проходит на вход реверсивного счетчика импульсов 26, объем которого равен семи двоичным разрядам, от блока 1 ввода программы по каналам "Плюс Х" или Минус Х" через реверсивным делитель 23, коммутатор 24 и блок 25 синхронизации после того, как программируемая вершина инструмента достигнет позиции .по координате Х, значение которой равно 127 мм от оси вращения шпинделя, При работе устройства программного управления в режиме С 96 реверсивный счетчик 26 может менять свое значение в диапазоне от +12 мм до -127 мм относительно оси враще" ния шпинделя. Выход иэ режима С 96 осуществляется из позиции +127 мм, так, что значение счетчика остается в позиции 127 мм.Далее при работе в зоне поддержания постоянной скорости резания,равной 127 мм. перед осью вращенияи 1 27 мм эа осью вращения, реверсивный делитель 23 пересчитываетимпульсы по координате Х до одногомиллиметра. При дискретности задания перемещений в системе управления, равной 1 мкм, коэФФициент деления реверсивного делителя 23 долженбыть равен 1000. Для работы передосью вращения и за осью вращениякоммутатор 24 по сигналу, поступающему от дешиФратора 22 нуля, коммутирует импульсы, поступающие на вход блока синхронизации таким образом, что при работе перед осью вращения импульсы, поступающие по каналу "Минус Х" (движение к оси вращения), направляются на вход "Минус" блока 25 синхронизации, а импульсы, поступающие по каналу "Плюс Х" (движения от оси вращения), направляют на вход "Плюс" блока 25 синхронизации. При работе за осью вращения импульсы, поступающие по каналу "Минус Х" (движение от оси вращения), направляются на вход "Плюс" блока 25 синхронизации, а импульсы, поступающие по каналу "Плюс Х" (движение к оси вращения), направляются на вход "Минус" блока 25 синхронизации.Таким образом, при работе перед осью вращения и движения обрабатывающего инструмента к оси вращения скорость вращения шпинделя возрастает, а при движении обрабатывающего инструмента от оси вращения скорость вращения шпинделя убывает.При работе за осью вращения и движении обрабатывающего инструмента от оси вращения скорость вращения шпинделя убывает, а при движении обрабатывающего инструмента к оси вращения скорость шпинделя возрастает.При работе устройства в режиме поддержания постоянной заданной в программе скорости резания в первом машинном такте по шестому выходу блок 1 ввода программы по шине, сосгоящей из шестнадцати линий (шина адреса) передает адрес, старшие восемь разрядов которого представляют собой Физический адрес устройства для программного управления шпинделем, а восемь младших разрядов, поступающих на первый вход первого блока 6 памяти, используются для адресации первого - четвертогоэлементов И 10"13. Одновременно повосьмому выходу блок 1 ввода программы передает сигнал "Запись". Поступивший Физический адрес устройствадля программного управления шпинделем вызывает срабатывание седьмого:элемента И 16, с выхода которого сигнал поступает на второй и третий входы первого блока 6 памяти, разрешаяего работу, и поступает также навторой вход шинного Формирователя2, включая его в режим передачи дан 1511ных от входа В к выходу С. Так, если на восьми младших разрядах шины адреса установлен код нулевой ячейки, то на выходе первого блока 6 памяти5 устанавливается единичный потенциал, который подключает третий вход четвертого элемента И 13, Одновременно нулевые потенциалы второго-четвертого выходов блока 6 памяти блокируют работу первого - третьего элементов И 10-12.Во втором машинном такте по седьмому выходу блок 1 ввода программы (по шине данных) передает код скоро сти резания, который в этом режиме программируется под адресом Б, а по пятому выходу блок 1 ввода программы передает сигнал пРазрешение доступа", который разрешает работу чет вертого элемента И 13, Так как к этому времени на шине адреса присутствует соответствующий адрес, а на шине данных соответствующий код скорости резания, то тактовый импульс25 поступающий с четвертого выхода блока 1 ввода программы, вызывает срабатывание четвертого элемента И 13, выходной сигнал с которого поступает навторой вход первого регистра 3, и код скорости резания 7 заносится в первый регистр 3, В третьем машинном такте по шестому выходу блок 1 ввода программы по шине адреса передает адрес, старшие восемь разрядов которого представляют собой дизиче 35 ский адрес устройства для программного управления шпинделем, а восемь младших разрядов, поступающие на первый вход первого блока 6 памяти, представляют собой адрес первой ячейки, которая используется дпя адресации четвертого элемента И 10. В этом случае единичный потенциал присутствует на втором вы ходе первого блока 6 памяти, подготавливая к срабатыванию в четвертом машинном такте первый элемент И 1 О. Одновременно нулевые потенциалы первого, третьего и четвертого выходов блока 6 памяти блокируют работу второго - четвертого элементов И 13.В четвертом машинном такте поседьмому выходу блок 1 ввода программы передает по первой линии сигнал единицы, а по пятому выходублок 1 ввода программы передает сигнал "Разрешение доступа", который 73510разрешает работу четвертого элемента И 10, Так как к этому моменту времени на шине адреса присутствует соответствующий адрес, а нашине данных - соответствующий код,а именно код единицы на первой линии шины (С 96), то тактовый импульс,поступающий с четвертого выхода блока 1 ввода программы, вызывает срабатывание первого элемента И 10, атак как на входе Э первого П-триггера 18 присутствует единичный потенциал, то он устанавливает в единичное состояние 0-триггер 18 (режим С 96) На первом выходе первогоП-триггера 18 устанавливается потенциал единицы, который поступает натретий вход первого регистра 3 ипереводит первый выход этого регистра в режим третьего состояния, т.е.отключает выход регистра 3 от первого входа комбинационного сумматора 5. Одновременно на втором выходепервого В-триггера 18 устанавливается нулевой потенциал, который поступает на третий вход второго блока7 памяти и на шестой вход третьегоблока 8 памяти.,Техническими преимуществами изобретения являются повышение быстродействия устройства (требуемая дискретность задания оборотов вращенияшпинделя 100, 200 Гц на один оборот в минуту достигается путем кратного увеличения частоты генератора),атакже снижение количества электронныхкомпонентов, простота и надежностьустройства,Формула изобретенияУстройство для программного управления шпинделем, содержащее блок ввода программы, первый регистр, выходы которого соединены с первой группой входов комбинационного сумматора, вторая группа входов которо го подключена к выходам второго регистра, Э-входы которого соединены с группой выходов комбинационного сумматора, а также реверсивный делитель, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, второй и третий информационные входы которого подключены к соответствующим индюрмационным входам реверсивного делителя, управляющик вход коммутатора подключен к выходу де 1511735 12шифратора нуля, информационные входы которого подключены к разрядным выходам реверсивного счетчика импульсов, первый и второй входы которого соеди 5 нены с соответствующими выходами блока синхронизации, установочный вход которого подключен к установочному входу реверсивного делителя, реверсивного счетчика импульсов и установочному выходу блока программы, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в него введены шинный формирователь, первый, второй и третий блоки памяти, генератор импульсов, восемь элементов И, первый и третий Э-триггеры, первый и второй информационные входы реверсивного делителя подключены к первому и вто Э рому информационным выходам блока ввода программы, установочный выход которого подключен к К-входам первого, второго и третьего Э-триггеров, к С-входам которых подключены 25 соответственно выходы первого, второго и третьего элементов И, к первым входам которых подключены третий информационный выход блока ввода программы и первый вход четвертого ЗЭ элемента И, к вторым входам - четвертый информационный выход блока ввода программы и второй. вход четвертого элемента И, первый, второй и третий выходы первого блока памяти подключены к третьим входам первого, второго и третьего элементов И соответственно, четвертый выход первого блока памяти подключен к третьему входу четвертого элемента И, выход 4 О которого соединен с тактирующим входом первого регистра, к информационному входу которого подключены через шину Э -входы первого, второго и третьего Э-триггеров и выход шин 45 ного Формирователя, к первому входу которого подсоединены через шину разрядные выходы второго регистра и вторая группа входов комбинационного сумматора, выход которого подключенк первым входам пятого и шестогоэлементов И, вторые входы которых под1ключены соответственно к нулевомуи единичному выходам второго Этриггера, нулевой выхоц первого Этриггера подключен к установочномувходу первого регистра, а нулевойвыход третьего Э-триггера подключенк третьим входам пятого и шестогоэлементов И, пятый выход блока вводапрограммы подсоединен к первомувходу первого блока памяти и к первому входу седьмого элемента И, выходкоторого подключен к установочнымвходам первого блока памяти и шинного формирователя, к третьему входу шинного формирователя подключеншестой выход блока ввода программы,а к четвертому входу - седьмой выходблока ввода программы и первый входвосьмого элемента И, к второму входукоторого подключен выход генератораимпульсов, а выход восьмого элемента И соединен с входом второго регистра и с третьим входом блока синхронизации, выход первого регистрасоединен с первым входом второгоблока памяти, первая группа выходовкоторого подключена к первым адресным входам третьего блока памяти,вторая группа выходов - к второму итретьему адресным входам третьего блока памяти, к четвертому адресномувходу которого подключен выход реверсивного счетчика импульсов, к первому управляющему входу третьегоблока памяти и к первому управляющему входу второго блока памяти подключен через резистор положительныйпотенциал, а к второму управляющемувходу третьего блока памяти подключены единичный выход первого Э-триггера и второй управляющий вход второго блока памяти, а выход третьегоблока памяти подключен посредствоммонтажного ИЛИ к второй группе входов комбинационного сумматора.да д дг га дб Да дв бб б 1 да дг бЭ ба гг Ю гб Рб дд дб бб ба б 4 о 9 гагаси до дг Ра Я 3 Д 4 Д 5 Яб бг б бб 57 бб И га гг га уа 5 дб дг дб 70 га аа 7 иг а дг дг да да ад гг гг Гг га гг Г 7 Га 5 Ь 59 ба бг бб 5 У ба бг