Устройство для управления ультразвуковой установкой

ЕЛЬСТ 3310684/25-08 26.06.81 15.07.83 Бюл. Э.В.Широков и Экспериментал ельский инсти о машинострое 621.9,048(088(21) (22) (46) , (72) (71) дова сово Р 26 Н,А. ный ут к ия 8) итоваучно-исслезнечно-пресазвук свой19003-01 ТУ щеедалОЖдеыпулмат Одв овл ова ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТОд ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ К АВТОРСКОМУ СИИ(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯРАЗВУКОВОЙ УСТАНОВКОЙ, содержапоследовательно соединенные заий генератор независимого возбуж.я, усилитель, Формирователь имсов, иивертор, выходной трансфорр, акустический преобразователь,ко связанный с неподвижным рабоииструментом через концентратор,иненный с акустическим датчиком,ижный рабочий инструмент, устаенный на ползуне, а также после"тельно соединенные Фазовращатель,Формирователь импульсов, силовой выпрямитель с регулируемым напряжением, выход которого подключен на второй вход инвертора, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью поддержания оптимального режима работы, оно снабжено последовательно соединенными датчиком усилия, установленным между ползуном и подвижным инструментом, усилителем, выпрямителем, схемой сравнения, выход которой подключен ко входу управления частотой задающего генератора независимого возбуждения, а также механически соединенным с ползуном датчиком скорости, последовательно соединенным с дополнитель ными усилителем,выпрямителемвторой Я схемой сравнения, выход которой подклк 1 чен на вход сумматора, выход которого соединен через усилитель со входом фаэовращателя,при этом выход акусти- С ческого датчика подключен к введенным в устройство и последовательно соеди- Я ненным выпрямителю, интегратору, вычитающей схеме, выход которой подклю чен на второй вхоц сумматора.Изобретение относится к ультразву. ковой технике и может быть использовано в машиностроении, в частности, в ультразвуковых технологических установках для обработки металлов.Известно устройство для ультразву ковой обработки с генератором с автоматической подстройкой частоты, содержащее последовательно соединенные задающий генератор независимого воэ" буждения, усилитель, формирователь 30 импульсов, инвертор, выходной трансформатор, акустический преобразователь, жестко связанный с неподвижным рабочим инструментом через концентратор, соединенный с акустическим дат чиком, подвижный рабочий инструмент, установленный на полэуне, технологическую среду, а также последовательно соединенные Фазовращатель, формирователь импульсов, силовой выпрями тель с регулируемым напряжением, выход которого подключен на второй вход инвертора 1) .Недостатком известного устройства является чувствительность к величине усилия обработки, определяемого, главным образом, сопротнвлением деформированию технологической среды, Изменение усилия приводит к расстройке резонансной частоты акустического преобразователя но отношению к частоте задающего генератора, а следова-. тельно, к уменьшению амплитуды колеба" ний рабочего инструмента и к снижению производительности обработки. Изменение скорости обработки приводит З 5 к изменению воздействия ультразвука на технологическую среду. Эффектив" ность воздействия ультразвука на технологическую среду зависит, в основном, от количества энергии, приходя" 40 щейся на единицу объема среды. С увеличением скорости обработки уменьшается удельная акустическая энергия, передаваемая технологической среде,поэтому в известном устройстве,чувстви 45 тельном к изменению величины скорости, .качество иэделий изменяется в зависимости от величины скорости из-за различного количества энергии, передаваемой рабочим инструментом устройства технологической среде, Вследствие изменения количества ультразвуковой энергии, передаваемой рабочим инструментом устройства технологической среде, при изменении скорости обработки, усилие обработки отличается от номинального, т.е. может быть больше или меньше номинального значения, При величине усилия меньше номиналь" ного значения изделие недопрессовано, следовательно, качество его ухудшается. При величине усилия номинального значения расходуется излишнее количество ультразвуковой энергии, могут появиться трещины в иэделии или даже его разрушение, так как в извест ном устройстве не поддерживается оптимальный режим работы.Цель изобретения - подцержание оп" тимального режима работы устройства при изменяющихся усилии и скорости об работки.Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено последователь но соединенными датчиком усилия, установленным между ползуном и подвижным инструментом, усилителем, выпрямителем, схемой сравнения, выход которой подключен ко входу управления частотой задающего генератора независимого возбуждения, а также механически соединенным с цолэуном датчиком скорости, последовательно соединенным с дополнительными усилителем, выпрямителем,второй схемой сравнения, выход которой подключен на вход сумматора, выход которого соединен со входом усилителя, а его выход - со входом фазовращателя, при этом выход связанного с концентратором акустического датчика подключен к последовательно соединечным выпрямителю, интегратору, вычитающей схеме, выход которой подключен на второй вход сумматора.На чертеже изображена блок-схема устройства для. управления ультразвуковой установкой.Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 1 независимого возбуждения, усилитель 2, формирователь 3 импульсов, инвер" тор 4,. выходной трансформатор 5, акустический преобразователь 6, жестко связанный с неподвижным рабочим инструментом 7 через концентратор 8,. соединенный с акустическим датчиком 9, подвижный рабочий инструмент 10, установленный на ползуне 11, технологическую среду 12, последовательно соединенные датчик усилия 13, установленный между ползуном 11 и подвижным инструментом 10, усилитель 14, выпрямитель 15, схему сравнения 16, выход которой подключен ко входу управления частотой задающего генератора 1 независимого возбуждения, а также механичесхи соединенный с ползуном 11 датчик скорости 17, последовательно соединенный с дополнительными усилителем 18, выпрямителем 19, схемой сравнения 20,выход которой подключен на вход сумматора 21, выход которого соединен со входом усилителя 22, а его выход - со входом Фазовращателя 23, подключенным своим выходом на вход формирователя импульсов 24, выход которого соединен со входом силового выпрямителя 25 с регулируемым напряжением, на второй вход которого подключено переменное напряжение сети (лало), а выход силоного выпрямителя соединен со вторым входом инвертора 4, при этом связанный с концентратором 8 акустическийдатчик 9 подключен к последовательно.соединенным выпрямителю 26, интегратору 27, вычитающей схеме 28, выходкоторой подключен на второй вход сумматора 21.Устройство работает следующим образом,Эадающий генератор 1 независимоговозбуждения генерирует сигнал с частотой, соответствующей резонанснойчастоте акустического преобразователя 6. Этот сигнал усиливается до нужной величины усилителем 2, формируется формирователем 3 импульсов и подается на инвертор 4 для его воэбуждения, Импульсные колебания, возникающие при этом с помощью выходноготрансформатора 5, иидуктивности и емкости (не показаны иа чертеже) преобразуются в синусиодальные колебания 20и подаются на преобразователь 6.Ультразвуковые колебания, возникающие при этом в преобразователе 6,возбуждают в акустическом датчикеэлектрический сигнал. Акустическийдатчик 9 установлен на нерабочем тор"це концентратора 8, который усилива"ет и передает ультразвуковые механические колебания неподвижному рабочему инструменту 7, а через него техно- ЗОлогической среде 12 (например, металлической заготовке). При сообщениитехнологической среде 12 усилия отползуна 11 пресса через датчик усилия 13 и подвижный инструмент 10 технологическая среда 12 деформируетсяв.неподвижном рабочем инструменте 7(например, матрице) .Возбуждаемый в датчике усилия 13выходной сигнал, пропорциональныйвеличине усилия, усиливается усилителем 14, выпрямляется выпрямителем 15и поступает. на вход схемы сравнения16, на второй вход которой поступаетопорный сигнал с задающего генератора 1. 45При равенстве величины опорногосигнала задающего генератора 1 и величины сигнала, поступающего с выпрямителя 15, сигнал на выходе схемысравнения 16 равен. нулю. Это происхо Одит в том случае, если резонансная.частота преобразователя 6 равна частоте задающего генератора 1.При деформировании технологической среды 12 иа датчик усилия 13 передается усилие от ползуна 11, а также усилие реакции от неподвижного рабочего инструмента 7 через технологическую среду 12 и подвижный инструмент 10. Под действием усилия неподвижный рабочий инструмент 7, концент-ООратор 8 и акустический преобразователь 6 изменяет частоту собственныхколебаний. Пройорционально изменениюсобственной частоты колебаний преобразователя 6, концентратора 8 и не подвижного рабочего инструмента 7 изменяется сигнал на выходе датчика усилия 13, который через усилитель 14, выпрямитель 15 подается на вход схемы сравнения 16: На выходе схеьы сравнения 16 появляется сигнал рассогласования, изменякзций частоту задакщего генератора 1 на величину изменения собственной частоты преобразователя 6. От. задающего генератора 1 на вход схемы сравнения 16 поступает сигнал рассогласования, и сигнал на выходе сравнения 16 снова становится равным нулю. При непрерывном изменении усилия прессования непрерывно изменяется сигнал на выходе датчика усилия 13 и непрерывно подстраивается часто та задающего генератора 1 к собствен. ной частоте преобразователя б.Добротность датчика усилия 13 выбирается больше добротности преобразователя 6, поэтому скорость изменения сигнала датчика усилия 13, пропорционального усилию прессования, выше или равна скорости изменения частоты собственных колебаний преоб" разователя 6, и частота колебаний эа" дающего генератора 1 успевает достраи-.- ваться к иэменякицейся в процессе прессования частоте колебаний преобразова-, теля 6. В результате повышается точность подстройки частоты задающего генератора 1 к частоте преобразователя б с концентратором 8 и рабочим ин" струментом 7 при изменяющемся усилии прессования. При этом повышается точность поддержания необходимой величины амплитуды механических колебаний рабочего инструмента 7 и, следователь. но, оптимального режима работы устройства в целом.Сигнал с выхода акустического датчика 9 через выпрямитель 26, интегратор 27, вычитакхцую схему 28 поступает на вход сумматора 21, на второй вход которого поступает сигнал от датчика скорости 17 через усилитель 18, выпрямитель 19 и схему сравнения 20. С выхода сумматора 21 сигнал через усилитель 22, фазовращатель 23, формирователь импульсов 24 поступает на вход силового выпрямителя 25 с фаэоимпульсным регулированием выпрямленного напряжения. На второй вход выпрямителя 25 подается переменное напряжение сети. Выпрямленное напряжение с выхода силового выпрямителя 25 подается на инвертор 4 и может регулироваться по величине, изменяя тем самым мощность устройства и, следовательно,амплитуду механических ко" лебаний неподвижного рабочего инструмента 7.При увеличении нагрузки на неподвижный рабочий инструмент 7 в процессе реформирования технологической среды 12 уменьшается амплитуда механических колебаний инструмента 7, а, 028472 итель 22, Фазовращатель 23, формирователь импульсов 24 поступает на вход силового выпрямителя 25, который изменяет величину выпрямленного напряжения, подаваемого на инвертор 4, При уменьшении скорости прессования выпрямленное напряжение силового выпрямителя 25 уменьшаетчя, а при увеличении скорости прессования выпрямленное напряжение увеличивается, что вызывает соответственно уменьшение или увеличение мощности инвертора 4, при этом амплитуда механических коле баний преобразователя б при измене" нии скорости прессования поддерживается постоянной.Введение датчика усилия 13 и датчика скорости 17 обработкиповышает эФФективность устройства за счет более точного регулирования амплитуды механических колебаний неподвижного рабочего инструмента 7 при изменяющихся усилии и скорости обработки, что снижает энергосиловые затраты устройства, вызываемые отклонением частоты собственных колебаний преобразователя б с концентратором 8 и неподвижного рабочего инструмента 7 от резонансной, Э процессе обработки позволяет поддерживать оптимальный режим работы Устройства в результате чего повышается качество изделий. также сигнал акустического датчика 9, -л сигнал на выходе вычитающей схемы 28 увеличивается, что приводит к увеличению напряжения на выходе силового выпрямителя 25. При этом увеличивает" ся мощность инвертора 4 и преобразователя 6, следовательно увеличивает" ся амплитуда механических колебаний неподвижного инструмента 7.Для определения объема технологической среды должно расходоваться оп тимальное количество ультразвуковой энергии с целью получения качественно го изделия,При изменении скорости прессова" ния количество ультразвуковой энер гни, поглощаемой технологической сре" дой, изменяется н поэтому ухудшается качество иэделия. Для сохранения качества изделия при изменении скорос" ти прессования необходимо обеспечить о постоянство поглощения ультразвуковой энергии технологической средой 12, что достигается введением датчи" ка скорости 17. При изменении скорос.ти прессования изменяется сигнал дат"25 ,чика скорости 17, который через усилитель 18,выПрямйтель 19 подается на вход схемы сравнения 20,С .выхода схемы.сравнения 20.сигнал,пропорциональ",.ный величине изменения. скорости прес З сования, подается на второй вход сумматора 21,с выхода которого через усиИИПИ Заказ 4859/11 Тираж 760 Подписное Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4