Система управления металлорежущим станком

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 11000157(22) Заявлено 290681 (21) 3310945/25-08с присоединением заявки Мо -(23) Приоритет -Опубликовано 280283. Бюллетень Йо 8 И 1 М К з В 23 В 25/06 Государственный комитет СССР по делам изОбретений н открытийДата опубликования описания 280283еаьэчет"ьечВ.А. Остафьев, Г.С. Тымчкк е В.В. Шевченко еВМееььиКиевский ордена Ленина политехнический инстит 7 Т"им. 50-летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции(54 ) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКОМ Изобретение относится к автоматическому управлению и может бытьиспользовано в систамах управленияпроцессом механической обработки металлов на металлорежущих станках.Известна система адаптивного управления процессом резания, содержащая датчик вибраций, первый Фильтр,настроенный на пропускание частотнысоставляющей внешних колебаний, второй фильтр, настроенный на пропускание частоты собственных колебаний два. типовых детектора, три пороговыхвыключателя, элементы И и ИЛИ, сравнивающий элемент и блок передачи сигнала 1 ,Известна также система автоматического управления токарным станком,содержащая датчик усилия резания,датчик температуры, функциональныйпреобразователь, интегратор, звеносравнения, датчик числа оборотов иустановочное звено 2).Недостатками этих систем управления являются конструктивная сложностьи низкая скорость получения информации вследствие применения толькоэлектронных элементов. Известна также система адаптивного управления металлорежущими станками, состоящая из когерентногб опти-ческого процессора, содержащего лазер,- расширитель пучка излучения, ди-афрагму, систему зеркал,акустооптический модулятор, цилиндрическуюФурье-линзу, приемное устройство,и электронной систеьи Формированиякоманд управления, содержащей датчиквибраций инструмента, который выполнен в виде световых карандашей, атакже усилитель и фильтр, причем пос-ледний подключен к входу когерентного оптического процессора, к выходукоторого подключена ЭВМ, имеющая 15 управляющие выходы для подключенияк приводу подач станка Э .Недостатками этой системы являются низкая эФФективность обработкидеталей на металлорежущих станках,а также низкие надежность и быстродействие.,Цель изобретения - повышение эф-.фективности обработки деталей на ъеталлорежущих станках, а также повы шение надежностии быстродействиявсей, системы управления в целок.Поставленная цель достигаетстем, что в когерентный оптическийпроцессор введены управляемый пространственный транспарант, расположен.ный в задней фокальной плоскостиФурье-линзы, а также прибор зарядовой связи, расположенный на двойномфокусном расстоянии от Фурье-линзы исоединенный с цифроаналоговым преобразователем, а в электронной системеФормирования команд управления выходы датчиков термо-ЭДС пары инструмент - деталь, составляющих силрезания и мощности привода главногодвижения станка соединены с соответствующими усилителями и Фильтрами,выходы которых соединены через цифроаналоговый преобразователь с ЭВМ,а также к входу когерентного оптического процессора, причем к выходу 15последнегс последовательно подключены цифроаналоговый преобразователь,ЭВМ и устройство связи с объектом,выходы которого параллельно подключены к управляемому пространственномутранспаранту и к устройству непосредственного измерения величины износа .инструмента, состоящего из лазера, оптической системы, диафрагмы, блокафотоприемников, содержащего два фото- диода и маску, а также два усилите - ля, вычитающего устройства, причем выходы измерительного устройства соединены через цифроаналоговый преобразователь с ЭВМ.На Фиг, 1 показана система адап- ЗО тивнсго управления, общий вид; на фиг. 2 - блок фотоприемников.Система состоит из когерентного оптического процессора 1 и электроныс ной систеьы 2 формирования команд управления приводами металлорежущего станка. Когерентный оптический процессор 1 содержит лазер 3, расширитель 4 пучка излучения, диафрагму 5, блок 6 акустооптических модулято) ров света установленных в передней фок аль ной плоскости цили ндри ческой Фурье-линзы 7, управляемый простран.ственный транспорант 8, расположенный в задней фокальной плоскости 45 Фурье-линзы 7, прибор 9 зарядовой связи, установленный на двойном фокусном расстоянии от Фурье-линзы 7, Электронная система 2 формирования команд управления содержит датчики 10-12 составляющих сил резания, датчик 13 термо-ЭДС пары инструмент деталь, да,тчик 14 вибраций инструмента и да.тчик 15 мощности привода главного движения станка. Выходы датчиков 10-15 подключены через соответствующие усилители 16 и фильтры 17 к входу когерентного оптического процессора 1, к выходу которого последовательно подключены цифроаналоговый преобразователь 18,ЭВМ 19 и устрой- ф ство 20 связи с обьектом,к которому параллельно одключены управляемый пространственньй транспарант 8 и устройство 21 непосредственного измеренияизноса инструмента. Устройство 21 состоит из лазера 22, оптическихсистем 23 и 24, диафрагмы 25, инструмента 26, блока 27 фотоприемников,содержащего два фотодиода 28 и 29,маску 30, а также два усилителя 31и 32, и вычитающего устройства 33,выходы и з мери тел ь но го у стр ой с т в асоединены через цифроаналоговый преобразователь с ЭВМ.Устройство 20 связи с объектомУСО ) представляет собой комплектблоков преобразования сигналов, всостав которых входят аналого-цифровые преобразователи, цифроаналоговыепреобразователи, демодуляторы, преобразователи гидравлических и пневматических сигналов в цифровые электрические сигналы.Управляющий транспарант 8 представляет собой реверсивный носительоптических изображений, выполненныйна базе фототермопластической пластины, стирание изображений с которойвыполняется электрическим напряжением.Такие фототермопластические транспаранты работают следующим образом,Приложив определенное напряжениечерез электроды к пластине,на неепроецируют изображение, которое фиксируется на ней. Путем повышениянапряжения до определенной величиныэто изображение можно стереть и записать новое. Таким образом, процессзаписи и стирания изображений выполняется электрическим напряжением покомандам с ЭВМ через УСО 20,Фильтрация изображения транспарантом 8 выполняется следующим образом.На транспарант 8 записываетсяиэображение, которое в дальнейшемявляется операционным сигналом, фильт.рующим любое другое изображение, проецируемое на фототранспарант 8, моделируя световой поток, формирующийтекущее иэображение.Система. адаптивного управленияметаллорежущими станками работаетследующим образом.С датчиков 10-12, составляющихсил резания, 13 термо-ЭДС пары инструмент - деталь, 14 вибраций инструмента, 15 мощности привода главногодвижения станка снимаются электрические сигналы, которые усиливаются всоответствующих усилителях 16 и поступают в соответствующие фильтры 17,с первых выходов которых снимаются постоянные составляющие электрических сигналов и подаются через цифроаналоговый преобразователь 18 вЭВМ 19,На основании постоянных составляющих в ЭВМ 19 формируются команды на изменения скорости резания и скорости подачи. Переменные составляющие электрических сигналов снимают1000157 10 5 Формула изобретения 60 сявторых выходов Фильтров и подаются на соответствующие входы акустооптических модуляторов 6, каждыйиз которых образует дифракционноеполе, определяемое формой поступающего на него электрического сигнала,По команде с ЭВМ 19 через устройство 20 связи с объектом осуществляетсявключение лазера 3 и управляемогопространственного транспаранта 8,при этом лазерный луч, проходя систему линз 4, расширяется и диафрагмой 5 выделяется его центральнаяравномерная по мощности часть, Вакустооптическом модуляторе б осуществляется преобразование временныхэлектрических сигналов, поступающихс блока 17 фильтров в пространственный оптический сигнал, Фурье-образ амплитудно-фазовый спектр ) которогоформируется фурье-линзой 7 в плоскости расположения управляемого пространственного транспаранта 8, выполняю-.щего функции пространственно-оптического фильтра. В процессе дальнейшейобработки детали на станке электрические сигналы с датчиков 10-15 непрерывно поступают на соответствующие входы блока б акустооптическихмодуляторов, где преобразуются впространственные оптические сигналы, З 0соответствующие Фурье-образы которыхФормируются в плоскости расположенияуправляемого пространственного транспаранта 8, а на приборе с зарядовойсвязью формируются взаимокорреляцион-З 5ные функции 2 К) текущих сигналовв процессе резания от датчиков вибраций, термо-ЭДС, сил резания, мощнос-,ги главного привода движения станкар соответствующими сигналами, записанными на фототранспаранте 8 в моментвключения станка. Значения корреля ционной функции поканально считываются прибором 9 зарядовой связи,преобразуются в электрические сигналы и через цифроаналоговый преобразователь 4518 поступают на вход ЭВМ 19, котораяформирует корректирующие команды наизменения скорости резания и подачитак, чтобы скорость износа инструмента поддерживалась постоянной. В момент, когда величина износа достигает критического значенияЭВМ 19 через устройство 20 связи с объектом, осуществляет прекращение процесса обработки и вывод инструмента в измерительную позицию устройства 21, тогдаустройство 20 связи с объектом даеткоманду на включение лазера 22. Пучок излучения лазера 22 расширяетсяоптической системой из линз 23 и 24и фокусируется в плоскости расположения фотоприемников 27. На путираспространения пучка между линзой24 и блоком 27 Фотоприемников расположена диафрагма 25, перекрывающая половину пучка. Для измерения величины износа. режущий инструмент 26 подводится к диафрагме 25, при этом плоскость расположения инструмента жестко фиксируется упорами так, чтобы между режущей кромкой инструмента и диафрагмой образовалась узкая щель. Согласно дифракционной теории распространения когерентного монохроматического излучения в плоскости расположения Фотоприемником 27 формируется дифракция расположения этой щели, которая представляет собой че,редующиеся максимумы и минимумы осве. щенности фиг. 2 ). Блок фотоприемников 27 содержит два фотодиода 28 и 29, расположенные за маской 30, в которой имеются два точечных отверстия перед фотоприемниками. При этом расстояние между отверстиями маски таково, что через первое отверстие попадает на фотоприемник световой поток плюс первого минимума, а на второй - минус первого максимума дифракционного изображения. Выходные электрические сигналы фотодиодов 28, 29 усиливаются усилителями 31 и 32 и поступают на вход блока вычитающего устройства 33, с выхода которого сигнал рассогласования поступает через цифроаналоговый преобразователь 18 на вход ЭВМ 19. При увеличении величины износа инструмента 26 ширина щели между инструментом 26 и диафрагмой 25 увеличивается, а расстояние между дифракционными максимумами уменьшается, что регистрируется устройством 21, с выхода которого электрические.сигналы поступают через цифроаналоговый преобразователь 18 на вход ЭВМ 19.Система адаптивного управления металлорежущими станками позволяет повысить быстродействие в 1,5-1,8 раза, осуществить стабилизацию сил ре,зания, вибраций системы СПИД и темпе- ратуры в зоне резания, что дает воз-, можность повысить точность обработки в 1,5-1,6 раза, а также получить наиболее стабильныЕ и благоприятные характеристики качества поверхностного слоя детали. Система также позволяет осуществить непосредственное измерение величины износа режущего инструмента при прекращении процесса обработки и выводе инструмента в измерительную позицию. Система управления металлорежущим станком, содержащая когерентный оптический процессор, включающий лазер, расширитель, диафрагму, акустооптический модулятор, Фурье-линзу и электронную систему Формирования команд управления, включающую датчики виб 1000157раций инструмента, термо-ЭДС парыинструмент - деталь, составляющихсил резания и мощности привода главноге движения станка, а также усилитель и ЭВМ с цифроаналоговым преобразователем, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения эффективности обработки, надежности и быстродействия, в когерентный оптическийпроцессор введены управляемый пространственный транспарант, расположенный в задней фокальной плоскостиФурье-линзы, и прибор зарядовой связи, расположенный на двойном фокусном расстоянии от Фурье-линзы и соединенный с цифроаналоговым преобраэователем, а в электронной системеформирования команд выходы указанныхдатчиков параллельно соединены черезсоответствующие усилители и фильтры с цифроаналоговым преобразовате Олем и акустооптическим модулятором,причЕм к выходу ЭВМ подключено введенное в систему устройство связи с объектом, выходы которого параллельно подключены к управляемомупространственному транспаранту, оп-.тическому процессору и к введенномув систему устройству измерения износа инструмента, состоящего из последовательно расположенных лазера, оптической системы и блока фотоприемников, содержащего маску с двумя отверстиями, за которыми расположеныдва фотодиода, соединенные черезусилители с вычитающим устройством,выход которого подключен к входуцифроаналогового преобразователя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 527261, кл. В 23 В 25/06, 1975.2. Авторское свидетельство СССРР 650782, кл. В 23 Я 15/00, 1976,3. Авторское свидетельство СССР позаявке 9 2796269/24, кл.В 23 ч 15/00,1979.1000157 одавский оставитель В. ехред Т.Маточ ор Ю, Макаренк едактор Н. Кеш аказ 1229/ ое ПоССР Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 9 Тираж 1104ВНИИПИ Государственнопо делам изобретени 113035, Москва, Ж, Р о комитет и открыт ушская на