Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком

(19) 5 В 19/407, В 23 О 15/12 ИДЕТЕЛ ЬСТВ АВТОРСКОМ ГОСУДАРСТВЕН(ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБ(71) Одесский политехнический институт (72) В.А.Водичев и Н, К.Шапарев(56) Соломенцев Ю,М Сосонкин В.Л, Управление гибкими производственными системами. М.: Машиностроение, 1988, с. 109, рис. 83.Авторское свидетельство СССРМ 717721, кл. 6 05 В 19/33, В 23 0 15/00,1980.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКОМ(57) Изобретение относится к области стан, костроения и может быть использовано на станках с числовым программным упоавлением для поддержания в процессе обработки мощности резания или крутящего момента на инструменте в заданных предеИзобретение относится к станкостроению и может быть использовано для автоматического управления режимами металлообработки с целью поддержания на заданном уровне критерия управления, например мощности резания, в станках, укомплектованных устройствами числового программного управления, в которых не предусмотрена программная реализация адаптивного управления,Целью изобретения является расширение области применения устройства,лах. Цель изобретения - расширение области применения устройства адаптивного управления. Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком содержит генератор импульсов, элемент И, первый компаратор, счетчик импульсов, формирователь импульсов, блок вычисления коррекции скорости подачи, привод подачи, датчик силового параметра, Новым в устройстве является наличие второго и третьего компараторов, неинвертирующего и инвертирующего усилителей, блока запаздывания и сумматор, причем выход датчика силового параметра подключен первому входу сумматора через инвертирующий усилитель, а к второму входу сумматора - через инвертирующий усилитель и блок запаздывания, выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго компараторов, на вторые входы которых поданы соответственно сигналы задания нижнего и верхнего уровней стабилизации силового параметра. 2 ил. На фиг, 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства: на фиг. 2 С - временные диаграммы его работы. 00Устройство для адаптивного управления металлорежущим станком содержит генератор 1 импульсов, выход которого связан с первым входом логического элемента И 2, счетчик 3 импульсов. блок 4 вычислениякоррекции скорости подачи, третий компаратор 5, привод б, станок 7, датчик 8 силового параметра, сумматор 9, неинвертирующий усилитель 10, инвертирующий усилитель 11 и блок 12 запаздывания.5 10 15 20 25 40 Выход сумматора 9 подключен к первым входам первого 13 и второго 14 компараторов, а выход второго компэратора 14 связан с входом формирователя5 импульсов,Устройство работает следуют.,им образом,При подводе инструментадетали мощность резания М меньше нижнего уровня й 1, определяемого сигналом О 1, на входе компаратора 13 и на выходе компаратора 13 устанавливается логический сигнал высокого уровня, поступающий на вход элемента И 2, На выходе счетчика 3 импульсов значение цифрового кода меньше значения, определяемого сигналом Ощ задания максимальной подачи, и на выходе цифрового компаратора 5 устанавливается сигнал высокого уровня, поступающий на вход элемента И 2. При наличии нэ входах элемента И сигналов высокого уровня, импульсы генератора 1 импульсов проходят на выход элемента И 2 и поступают на вход суммирования счетчика 3 импульсов. Цифровой код на выходе счетчика 3 импульсов увеличивается до тех пор, пока его значение не станет равным значению кода О, поданного на вход компаратора 5, При равенстве кодов, поданных на входы, компаратор 5 формирует на выходе логический сигнал низкого уровня. Вследствие этого на выходе элемента И 2 устанавливается логический сигнал низкого уровня и импульсы генератора 1 не поступают через элемент И 2 на вход счетчика 3. На выходе счетчика 3 устанавливается код, значение которого определяет максимальную величину скорости подачи. Цифровой код с выхода счетчика 3 поступает на вход ввода коррекции подачи блока 4 вычисления коррекции скорости подачи. Состояние корректора подачи контролируется программой оперативного упоавления на выходе блока 4 устанавливается напряжение задания Оз, при котором скорость электропривода подачи будет равнаЧ= Кк Ч 1,где Ч 1 - величина скорости подачи, заданная в программе устройст за Ч ПУ;Кк - масштабный коэффициент, опоеделяемый значением кода, поступающего на вход ввода коррекции скорости подачи ЧЧПУ.При максимальном значении кода на выходе счетчика 3 значение коэффициента Кк равно К 1 = 1 и привод 6 осуществляет подвод инструмента к детали со скоростью Ч 1,При врезании инструмента в деталь на выходе датчика 8 возникает сигнал Оо, пропорциональный величине силового параметра, например мощности резания Од - Кдй,где Кд - коэффициент передачи датчика силового параметра.На выходе сумматора 9 при этом формируется сигнал, равный)., =Од 1 к+ 1) - к -- 1 =кдл 1+кдкт е1тр Г тр+1где(К+ 1) - коэффициент усиления неинвертирующего усилителя 10;К - коэффициент усиления инвертирующего усилителя 11;+ -- передаточная функция блока1запаздывания;р - ог 1 ератор Лапласса,Сигнал обратной связи представляетсумму двух сигналов, пропорциональноговеличине силового параметра й и пропорционального реальной производной силойвого параметраТ +1, Учет сигнала пореальной производной необходим для повышения запаса устойчивости и улучшениядинамических характеристик устройства.Для формирования сигнала обратной связив виде о: кд + ккт - е -йТр+1из сигнала датчика силового параметра необходимо включение блоков 9 - 12 таким образом как показано на фиг. 1, Настройка коэффициентов усиления усилителей 10 и 11 должна осуществляться таким образом, чтобы коэффициент усиления неинвертирующего усилителя 10 был на 1 больше, чем коэффициент К усиления инвертирующего усилителя 11. В этом случае сигнал на выходе сумматора 9 т к о =щк+1)-ц,к=о,(к+1 - )=,+Ж ---н,+и-Д =к+кк - .кг +к-к кт кт,+т тр+т Входящий в данную формулу коэффициент К определяется типом датчика силового параметра, коэффициент К усиления инвертирующего усилителя определяется требуемой глубиной обратной связи по реальной производной силового параметра и выбирается из условий обеспечения заданного качества переходного процесса в системе. Из этих же условий выбирается величина постоянной времени Т, Когда сигнал на выходе сумматора 9 станет больше величины О 1, определяющей нижний уровень стабилизации силового параметра М 1, на выходе компаратора 13 происходит изменение логического сигнала с высокого уровня на низкий, Когда сигнал на выходе сумматора9 становится больше сигнала О 2, определяющего верхний уровень стабилизации силового параметра Й 2, на выходе компаратора 14 логический сигнал изменяется с низкого уровня на высокий, При этсм на выходеформирователя 15 импульсов формируется импульс, поступающий на вход сброса счетчика 3, Значение кода на выходе последнего становится равным нулю, Изменение состояния входа блока 4 при выполнении программы оперативного управления и согласно подпрограмме управления разгоном и замедлением приводя подачи начинает уменьшать сигнал задания Оз на входе привода 5, уменьшая скорость подачи Ч, (Обычно изменение подачи осуществляется УЧПУ по линейному закону с заданной интенсивностью).Пока сигнал О; на выходе сумматора 9 находится на уровне, большем величины О 1, на выходе компаратора 13 сохраняется сигнал низкого уровня, запрещающий прохождение импульсов генератора 1 через элемент И 2 на вход суммирования счетчика 3. По мере уменьшения подачи уменьшается и мощность резания и когда сигнал Оос на выходе сумматора 9 становится меньше величины О 1, на выходе компаратора 13 формируется сигнал высокого уровня, разрешающий прохождение импульсов генератора 1 через элемент И 2 на вход суммирования счетчика 3, Значение кода на выходе счетчика 3 увеличивается и согласно с этим УЧПУ 4 увеличивает скорость электропривода 6 подачи до тех пор, пока сигнал Оос на выходе сумматора 9 не станет больше сигнала О задания нижнего уровня стабилизации мощности М 1, После этого на выходе компаратора 13 устанавливается логический сигнал низкого уровня, Импульсы генератора 1 импульсов через элемент И 2 на вход счетчика 3 не проходят.Согласно зафиксированному на выходе счетчика 3 значению кода К = К 2К 1 блок 4 устанавливает значение подачи Ч 2 = К 2 Ч 1, которое в дальнейшем не изменяется, если сигнал Оос на выходе сумматора 9 не выходит за пределы диапазона, ограниченного сигналами О 1 и О 2, т,е. если мощность резания М находится в заданном диапазоне Й 1 йМ 2, Если в процессе обработки, например в результате увеличения снимаемого припуска, произойдет увеличение мощности резания, и сигнал Оос на выходе сумматора 9 превысит значение О 2, произойдет процесс управления, аналогичный описанному. При Оос О 2 на выходе счетчика 3 устанавливается нулевой код и подача снижается до тех пор, пока Оос на станет меньше 01. Затем выходной код счетчика 3, а вместе с ним и подача последовательно увеличивается до тех пор, пока мощностьрезания Й не окажется в пределах диапазона М йМ 2.Величины О 1 и О 2 установок срабатывания компараторов 13 и 14 вводятся до начала процесса обработки, либо с помощью микроЗВ 1 Л, либо оператором с помощью переключателя, устанавливаемого на пульте оператора, В процессе обработки силовой параметр поддерживается с помощью предлагаемого устройства в установленном диапазонеТаким образом, функциональная ролькода на выходе счетчика 3 заключается в том, чтобы подать на блок 4 сигнал, требующий изменения скорости подачи. Опрос сос гояния входа ввода коррекции иизменение скорости подачи в соответствиисо зна ением поданного на этот вход кода20 осуществляется УЧПУ по стандартным подпрограммам, По таким подпрограммам функционируют серийно выпускаемые в СССРУЧПУ класса СКС, например моделей 2 Р 32,2 С 42 и других,25 На фиг, 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс управления в устройстве, полученные в результатЕма ематического моделирования работы ус.: . ьойс гва на ЗВМ. Здесь представлены сиг 30 налы скорости подачи Ч и мощностирезания И при обработке детали с изменяющ дамся припуском О, Из диаграмм на фиг.2 видно, что всякий раз при значительномувеличении припуска (от 0 до 01 и от 01 до35 02) происходит торможение привода подачи, а затем увеличение его скорости довеличины, при которой мощность резания находится в заданном диапазоне Й 1МЙ 2,(Ч 2 при 01 и Чз при 02), При уменьшении40 припуска (от 02 до 01) скорость приводаувеличивается (до значения Ч 2) до тех пор,пока мощность Й не установится в диапазоне И 1 йИ 2.Таким образом, предлагаемое устройст 45 .во позволяет расширить адаптивное управление металлорежущим станком, непроизводя конструктивных изменений вустановленном на станке УЧПУ и не изменяя его базового программного обеспече 50 ния, осуществлять стабилизацию силовогопараметра процесса обработки, что обеспечивает повышение производительностистанков,Оормула изобретенияУстройство для адаптивного управления металлорежущим станком, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом первогокомпаратора, первый вход которого подключен к первому входу задания силового параметра устройства, выход элемента И соединен с входом суммирования счетчика импульсов, а вход сброса - с выходом формирователя импульсов, а также датчик силового параметра, привод, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены второй и третий компараторы, инвертирующий и неинвертирую. щий усилители, блок запаздывания, сумматор, а также блок вычисления коррекции скорости подачи, группа входов которого подключена к разрядным выходам счетчика импульсов и к первой группе входов второго компаратора, вторая группа входов которого соединена с группой входов задания максимальной подачи устройства, второй вход задания силового парамера которого подключен к первому входу третьего компаратора, второй вход которого соединен с вторым входом 5 первого компаратора и с выходом сумматора, первый вход которого через неинвертирующий усилитель соединен с выходом датчика силового параметра и с входом инвертирующего усилителя, выход которого 3 О подключен к входу блока запаздывания, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход второго компаратора соединен с третьим входом элемента И, выход блока вычисления коррекции скорости под вчи - с приводом, а выход третьего компаратора подключен к входу формирователя импульсов,венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Прои Заказ 2521 ВНИИПИ Гос Тираж 482 Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5