Система управления шпинделем

(51)М. Кл. В 23 0 15/00 Государственный комитет СССР по дедам изобретений н открытийДата опубликования описания 150581 ИностранцыСигеки Кавада, Есики Фудэиока и Мицух(72) Авторы изобретения Иностранная фирмфудэицу Фанук Лимит(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ШПИНДЕЛЕМ блоком управлени ель достигается снабжена интегереключателями, становлен между атора и входом ин - между выходом дом блока управлетретий - между преПоставленная тем, что система ратором и тремя один из которых выходом тахогене тегратора, второ интегратора и вх ния скоростью, а 2 О Изобретение относится к устрой- . ствам управления станками и может быть использовано для позиционирования подвижных элементов станка в заданном положении.Известна система управления остановки шпинделя в заданном положении, содержащая тахогенератор, схему управления с задатииком и сумматором, поддерживающих скорость шпинделя в заданных пределах при по" зиционировании и датчик положения шпинделя (11.Недостатком данной схемы является ее сложность за счет применения большого количества релейных элементов, не обеспечивающих позиционирования шпинделя в заданном положении. при перебеге за точку позиционирования.Цель изобретения - упрощение схемы управления. образователем и я скоростью.На фиг. 1 представлена блок-схема системы; на фиг. 2 - ряд графиков синхронизации импульсов соответ ствующих частей системы управления.Блок-схема системы управления содержит числовой контроллер 1, цепь управления 2 и металлорежущий станок 3. Металлорежущий станок 3 включает шпиндельную головку 4, снабженную шпинделем 5 и двигателем 6 постоянного тока для привода шпинделя через передаточный механизм 7, Шпиндель 5 снабжен датчиком 8 заданного вращательного положения, состоящего иэ проксимального выключателя, Проксимальный .выключатель,предназначен для подачи сигнала всякий раэ, когда магнитный элемент 9, прикрепленный к шпинделю 5, проходит через выключатель 8, расположенный против шпинделя 5. Таким образом, один сигнал вырабатывается в заданном вращательном положении шпинделя 5 при каждом его обороте. Числовой контроллер 1 включает ленту 10 числового управле" ния командами и контроллер 11,На ленте 10 управления записана обычная .При размыкании (выключении) выключателя 21 и замыкании (включении) выключателей 20 и 19 цепь интегратора 17 начинает интегрировать выходные сигналы напряжения, поступающие от датчика 15 скорости, в результате чекоманда перемещения по осям и в качестве дополнительных Функций, команда скорости шпинделя и команда ориентации шпинделя. Команда скоростишпинделя обеспечивается в виде команды кода, принимающей Форму числовойвеличины, которая преобразуется спомощью преобразователя 12 постоянного - переменного тока цепи 2 управления шпинделем в командный сигналскоростисоответствующий численномузначению, который затем подается напервую входную клемму 13 блока 14управления скоростью, состоящегоиз фаэоуправляющей цепи тиристора.Двигатель 6 шпинделя 5 взаимодействует с датчиком 15 скорости, включающим тахогенератор и вырабатывающим сигнал напряжения, пропорциональный вращающей скорости двигателя бшпинделя. Выходной сигнал напряженияот датчика 15 скорости подается в качестве напряжения обратной связискорости на вторую входную клемму 16блока 14 управления скоростью. Последнее регулирует ток, подаваемый кдвигателю постоянного тока б шпинделя эа счет регулирования угла срабатывания тиристора, в результатечего напряжение обратной связи кклемме 16 может соответствовать командному напряжению, прикладываемому к клемме 13. Таким образом, скорость двигателя 6 шпинделя может регулироваться с тем, чтобы она соответствовала командному сигналу скорости шпинделя, поступающего с ленты 10 управления. го на клемму 13 блока 14 управленияскоростью вместо командного сигнала скорости поступает выходной сигнал напряжения от цепи интегратора17. Полярность выходного напряженияот цепи интегратора 17 выбираетсяпротивоположной полярности выходногонапряжения, полученного в этот момент от датчика 15 скорости, Выходноенапряжение от цепи интегратора 17представляет собой величину вращениявыходного вала двигателя шпинделя 5после выключения выключателя 19.Это выходное напряжение и выходноенапряжение от датчика 15 скоростисоответственно прикладываются кблоку 14 управления скоростью в указанной зависимости и, как результатэтого, выходной вал двигателя б шпинделя 5 регулируется таким образом,10 что он отклоняется на некоторый уголот положения, которое занимал в момент включения выключателей 19 и 20, а затем возвращается в это положение и останавливается в нем. КоВ предлагаемой системе в цепь 2управления шпинделем добавлены нескблько цепей для достижения ориентации шпинделя 5. Таким образом,цепь интегратора 17 предусмотрена дляинтегрирования определяющего сигнала скорости диагонали и включаетоперационный усилитель 18, Входнаяклемма цепи интегратора 17 соединяется через аналоговый выключатель 19с выходной клеммой датчика 15 скорости, а ее выходная клемма - черезаналоговый выключатель 20 с выходнойклеммой 13 блока 4 управления скоростью. Между преобразователем 12 ивходной клеммой 13 блока 14 управления скоростью встроен аналоговый выключатель 21. управление выключателями 19, 20 и 21 осуществляется в ответ на поступление выходного сигнала от эапираюцей цепи 22. Когда выключатель 19 находится в замкнутомположении, а выключатели 20 и 21 вразомкнутом положении, то скорость двигателя 6 настраивается равной командному сигналу скорости с помощью контура управления скоростью,включающег блок 14 управления скоростью, двигатель б шпинделя и датчик 15 скорости. манда на ориентацию шпинделя, подаваемая через контроллер 11 с ленты 10 управления, поступает на один вход запирающей цепи 22, включающей цепи 23 и 24, а сигнал заданного положения от датчика 8 заданного вращательного положения шпинделя подается на другой вход запирающей цепи 22. Команда ориентации шпинделя является заранее определенной для принятия логического значения "1" в случае 40 достижения ориентации шпинделя илогического значения "0" в других случаях, кроме того, сигнал заданного положения также заранее задается для принятия логического значения "0" или "1" в зависимости от того занял ли шпиндель свое заданное вращательное положение, Выходной сигнал от запирающей цепи 22 подается к выключателям 19 и 20, а также к выключателю 21 через цепь 25. Выключатели с 19 по 21 включаются под действием управляюцего входа логического "0" и выключаются под действием управляющего входного сигнала логической "1".Следовательно, когда команда ориентации шпинделя представляет "О", т.е.в обычном состоянии,то выход от запирающей цепи 22 равен "1" независимо от того был ли приложен сигнал заданного положения, а поэтому вклю ченным остается только выключатель21, а выключатели 19 и 20 выключены, Когда команда ориентации шпинделя становится "1", то выход от запирающей цепи 22 изменяется на "0" 65 под действием полученного раньшесигнала заданного положения, в результате чего выключатель 21 размыкается, а выключатели 19 и 20 замыкаются, обеспечивая срабатывание.Цепь 26 служит для подачи сигнала конца ориентации (сигнал, позволяющий произвести автоматическую сме ну инструмента), который указывает на завершение ориентации шпинделя. На первый вход цепи 26 поступает выходной сигнал от датчика 27 ошибки нуля, который вырабатывает логическую "1", когда выходной сигнал от 1 цепи интегратора 17 равен нулю или ниже заданной допустимой величины. На второй вход цепи 26 поступает выходной сигнал от датчика 28 нулевой скорости через задерживающую цепь 29 (200 мс). Датчик 28 нулевой скорости подает через задерживающую цепь 29 сигнал нулевой скорости (логическая "1") с задержкой в 200 мс,когда определяющий сигнал скорости двигателя шпинделя становится равным нулю или меньше заданной допустимой величины. На третий вход цеги 26 подается выходной сигнал от цепи 25. Таким образом, когда подается команда ориентации шпинделя для перевода двигателя б шпинделя из режима управления скоростью в режим управления положением с последующей остановкой шпинделя 5 в заданном положении (когда выход от цепи интегратора 17 становится равным нулю, т.е. скорость двигателя становится равной нулю), то цепь 2 б вырабатывает сигнал конца ориентации (логический "0"), указывающий на то, что может начинаться автоматическая смена инструмента.Рассмотрим работу системы управления шпинделем.На фиг. 2 обозначены: 30 - команда ориентации шпинделя, 31 - команда скорости ориентации, 32 - определяющий сигнал, 33 - включение выключателя 21, 34 - срабатывание выключателей 19 и 20, 35 - напряжение, представляющее скорость двигателя шпинделя, 36 - выходной сигнал от цепи интегратора 17, 37 - сигнал нулевой скорости, 38 - сигнал конца ориентации и 39 - срабатывание автоматической смены инструмента.При поступлении команды ориентации шпинделя контроллер 11 подает команду низкой скорости на преобразователь 12, и команда скорости ориентации становится заранее заданным низким напряжением, в результате чего двигатель б шпинделя вращается со скоростью ориентации (низкая скорость). Как показано на рис. 2 (графики 32, 33, 34) при поступлении пер-. вого сигнала заданного положения шпинделя выключатель 21 иэ положения "Включено" переходит в положение "Выключено", а выключатели 19 и 20 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 из положения "Выключено" в положение"Включено" в момент времени о. Следовательно, цепь интегратора 17 начинает интегрировать напряжение скорости, являющееся показателем действительной скорости двигателя 6 шпинделя, а выходное напряжение от цепиинтегратора 17 прикладывается к блоку 14 управления скоростью в полярности, обратной той, которая имеетсяу выходного напряжения, получаемогов момент времени со надатчике скорости 15. В результате этого, хотя.,скорость уменьшилась, однако двигатель б шпинделя продолжает вращаться в том же направлении, в каком он вращался до сих пор, и наконец останавливается в момент с, а выход от цепи интегратора 17 достигает своей максимальной величины. Следовательно, двигатель б шпинделя начинает вращаться в обратном направлении и выходная величина от цепи интегратора 17 постепенно уменьшается и к моменту с достигает нуля. Так как выходная величина от цепи интегратора 17 постепенно уменьшается, то скорость вращения двигателя 6 в обратном направлении также постепенно уменьшается и к моменту сдостигает нуля. Хотя двигатель б может повторить движение в обратном направлении в зависимости от усилейия цепи и величины нагрузки, однако он останавливается окончательно в положении, в котором выходное напряже- ние цепи интегратора 17 уменьшается до нуля. Двигатель б шпинделя и шпиндель 5 (см. график 35 на фиг. 2) отклоняются от положения первого сиг. нала заданного положения, полученного ввиде угла, соответствующего площади зоны, а затем поворачиваются в обратном направлении на угол, соответствующий площади зоны Р , равной зоне ;+ , и наконец останавливается в положении, в котором вырабатывается сигнал заданного положения.Как показано на поз.37, сигнал нулевой скорости вырабатывается через некоторое время (200 мс) после момента, когда скорость вращения шпинделя становится равной нулю или меньше заданной величины, и в ответ на это поступает сигнал завершения ориентации. После этого, происходит автоматическая смена инструмента, а под действием сигнала конца автоматической смены инструмента снимается кОманда ориентации шпинделя. Хотя проксимальный выключатель используется в качестве датчика заданного положения вращения в предлагаемой конструкции, однако вместо него может применяться выключатель оптического или контактного типа. Кроме того, устройство может применяться в тех случаях, когда шпиндель 5 и831060 формула изобретения выходной вал двигателя 6 выполнены как одно целое,Предлагаемое устройство позволяет управляты шпинделем с целью его остановки в заданном вращательном положении только с помощью простого датчика заданного вращательного положения шпинделя и простой цепи интегратора, причем это управление достигается за счет дешевого устройства, но требующего дорогих элементов, как то решающего устройства или кодирующего устройства положения. Система управления шпинделем, содержащая тахогенератор и преобразователь скорости, подключенные кблоку управления скоростью, и датчикположения шпинделя, о т л и ч а ющ а я с я .тем, что, с целью упрощения системы, она снабжена интегратором Й срабатывающими по сигналудатчика положения шпинделя тремяпереключателями, один из которых установлен между выходом такогенератора и входом интегратора, второймежду выходом интегратора и входомблока управления скоростью, а третий - между преобразователем и блоком управления скоростью.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 15 1. Авторское свидетельство СССР)Р 460159, кл. 8 23 0 5/12, 1973. ВНИИПИ Заказ 2921/3Тираж 770 Подписное филиал ППП "Патент",г. Ужгород,ул. Проектная,4