Предохранительное устройство для металлорежущих станков с чпу

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ЕННЫЙ КОМИТЕТЕНИЛМ И ОТКРЫТИСР ГОСУДАРСПО ИЗОБРПРИ ГКНТС)П ИСАНИЕ ИЗОБ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ КА(54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРВО ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАН ОЙ СТКОВ С(57) Использование: в системах автоматического контроля за работой металлорежущего оборудования с системами ЧПУ. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные преобразователь вибраций 1, усилитель 2, детектор 3, фильтр 4 низких частот и первый компаратор 5, триггер 11, к тактовому входу которого через элемент ИЛИ 10 подключены два двухполярных компаратора 7 и 9, входами связанные с выходами тахогенераторов 6 и 8 приводов подач металлорежуще 1 о станка, Выход триггера 11 подключен к трехвходовой схеме И 13, остальные два входа которой подключены к выходу перво; го компаратора 54 и через элемент 12 временной задержки к выходу элемента ИЛИ 10. Выход первого компаратора также подсоединен к входу сброса триггера 11, Сигнал с выхода схемы И 13 подается в систему ЧПУ 14 для прекращения движения подачи суппорта, Случаи ложного срабатывания связаны с сохранением на некоторое время контакта между вершиной режущего инструмента и поверхностью заготовки при отводе суппорта на быстром ходу после окончания технологического перехода. Наличие контакта объясняется тем, что после прекращения процесса резания резец, отжимавшийся ранее в процессе резания от детали за счет упругих деформаций, теперь смещается на величину этих деформаций по направлению к детали. Распознавание неаварийной ситуации от аварийной основано на том, что при аварийной ситуации сигнал, свидетельствующий о появлении контакта между вершиной режущего инструмента и заготовкой или элементом станка (сигнал резания), появляется позже сигнала, вырабатываемого при перемещении суппорта на ускоренной скорости (сигнал быстрого хода), При неаварийной ситуации сигнал быстрого хода появляется позже сигнала. резания. 4 ил,45 50 Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке металлов резанием на станках с ЧПУ, и может быль использовано для защиты металлорежущего оборудования и обрабатываемой детали от аварийных последствий при врезании режущего инструмента е деталь или элементы станка при ускоренных перемещениях суппорта.Известна система защиты станков от столкновения узлов, которая работает на основе обработки информации о размерах рабочей зоны, о геометрии режущего инструмента и детали, о текущей скорости и координатах по управляемым осям информации о текущей команде и номере кадра,К недостаткам указанной системы следует отнести необходимость в обработке с помощью ЭВМ большого объема информации, а также трудоемкость при составлении геометрических моделей станочных узлов и рабочей эоны резания.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является контрольное устройство для станка с ЧПУ,Устройство состоит из канала формирования акустического сигнала, содержащего последовательно соединенные преобразователь вибраций, предварительный полосовой усилитель, полосооой усилитель, детектор, фильтр низких частот, компаратор, и трех идентичных каналов измерения для определения превышения допустимой скорости рабочего перемещения по координатам Х, У, Е. Каждый из укаэанных каналов содержит последовательно соединенные импульсный датчик перемещения, формирователь импульсов, регулируемый одновибратор, второй одно- вибратор, логический элемент.НЕ, двухвходовой элемент И, второй вход которого соединен с выходом регулируемого одновибратора, Устройство содержит также трехвходооой элемент И, к первому входу которого через элемент ИЛИ подключены выходы каналов определения предельнойскорости рабочих перемещений, к второму- выход акустического канала и к третьему- датчик вращения шпинделя,Устройство вырабатывает сигнал, свидетельствующий об аварийном врезании при одновременном наличии трех сигналов; соидетельствующем о возникновении процесса резания - с выхода акустического канала; свидетельствующем о движении суппорта по одной из координат со скоростью. превышающей максимально допустимую для рабочей подачи, и сигнала с выхода датчика вращения шпинделя,5 10 15 20 25 30 35 40 Недостатком данного устройства является низкая эксплуатационная надежность, связанная с его ложными срабатываниями при отводе режущего инструмента на быстром ходу и сохранении при этом на некоторое время контакта вершины режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой.. Также к недостаткам устройства следует отнести то обстоятельство, что выходной сигнал вырабатывается при одновременном наличии трех условий: вращении шпинделя, ускоренном перемещении суппорта и наличии контакта режущего инструмента с заготовкой или любым элементом станка. Следовательно, при отсутствии такого условия, как вращение шпинделя, устройство не выработает выходной сигнал при столкновении движущихся узлов станка. А такая ситуация, т,е. отсутствие вращения шпинделя, возможна при наладочных режимах, где допускаются перемещения суппорта при отсутвии вращения шпинделя, и где довольно часто происходят аварийные столкновения.Целью изобретения является повышение надежности определения момента возникновения аварийного орезания режущего инструмента за счет исключения ложных срабатываний, обусловленных наличием сигнала резания при быстром перемещении суппорта в ситуациях, не являющихся аварийными,Повышение надежности функционирования устройства достигается устранением срабатывания в ситуациях, не являющихся аварийными, но характеризующимися как и аварийные одновременным наличием двух сигналов, свидетельствующего о процессе резания и свидетельствующего о перемещении суппорта со скоростью, превышающей рабочую, Такие ситуации возникают при отводе режущего инструмента на быстром ходу после окончания технологического перехода прЛ сохранении на некоторое время контакта 3 ершины режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой по следующим причинам; за счет упругих деформаций при отводе инструмента из зоны резания, особенно при большой площади срезаемого слоя; при выводе сверла, развертки или отводе канавочного резца.На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг,2 - временные диаграммы работы устройства: на фиг.3 и 4 - временные диаграммы основных сигналов при операции расточки,Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 вибрации режущего инструмента, усилитель 2, детектор 3, фильтр 4 низких частот и первый компара15 20 некоторого оремени возможен контакт ре 25 30 35 40 45 50 тор 5. Выход первого компаратора 5 подключен к входу сброса триггера 11 и к одному из входоо трехвходового элемента И 13,Устройство содержит также доа двухполярных компаратора 7 и 9, входами подключенные к выходам тахогенераторов 6 и 8приводов подач по координатам Х и 7 металлорежущего станка, а выходами через элемент ИЛИ 10 к тактооому оходу триггера 11,а также через элемент временной задержки .112 ко второму входу элемента И 13. Третийвход элемента И 13 подключен к выходутриггера 11, Сигнал с выхода схемы совпадений 13 подается о систему ЧПУ 14 дляпрекращения движения подачи суппорта;Двухполярные компараторы 7 и 9 предназначены для выработки сигнала превышении напряжением с оыхода тахогенераторовб и 8 при перемещении суппорта в любомнаправлении на быстром ходу, пороговогозначения, которое соответствует напряжению с тахогенератора, соответствующемумаксимально возможной рабочей скоростиперемещения суппорта. Для их реализацииможет быть использована структурная схема,приведенная на фиг.4,Двухполярный компаратор 7 состоит издвух обычных компаратороо, на инвертирующие входы которых подается напряжениеОоп, а на неиноертирующие оходы подаетсяоходное напряжение, причем на один компаратор оно поступает непосредственно свыхода тахогенератора б, а на другой компаратор - через инвертирующий усилительс единичным коэффициентом усиления.Устройство работает следующим образом.Сигнал виброакустической эмиссии,возникающий о процессе резания или приврезании инструмента в заготовку, преобразуется в электрический сигнал с помощьюдатчика 1 вибрации, установленного на одном из элементов суппортной группы, например, на резцедержке. усиливаетсяусилителем 2, детектируется детектором 3 иусредняется фильтром 4 низких частот, Затем сигнал подается нэ один вход первогокомпаратора 5, на второй вход которого подается опорное напряжение Цоп 1. Величинаопорного напряжения превышает уровеньпомех, возникающих при холостых перемещениях суппорта и вращении реэцедержки,и соответствует минимальному значени осигнала, возникающего при контэктировании режущего инструмента с заготовкой, 5После включения питания на выходетриггера 11 устанавливается высокий потенциал. который подается нэ один из входов схемы совпадений И 13. При появлениисигнала быстрого хода с выхода двухколярного компаратора 7 или 8 высокий потенци ал подается на второй вход схемы совпаде. ний 13 через элемент ИЛИ 10 и элемент временной задержки 12, Триггер 11 при этом своего состояния не изменяет. При последующем появлении сигнала резания с выхода компараторэ 5 на всех трех входах схемы совпадений И 13 присутствуют оысокие потенциалы и поэтому на ее выходе вырабатывается сигнал логической единицы. Это описание варианта работы устройства для случая столкновения суппорта с элементом станка или заготовкой при его быстром перемощении из исходного положения в точку начала обработки (1 случай, фиг.2),После завершения обработки заготовки или окончания технологического перехода производится отвод режущего инструмента обычно на быстром ходу, При этом о течение жущего инструмента с заготовкой, а следовательно одновременное наличие сигнала резания и сигнала быстрого хода,Иллюстрация этого случая на примере операции расточки приведена на фиг,З, После окончания процесса резания резец в течение интервала времени т 1-12 при отводе по координате Х до начала отвода по координате Е за счет упругого восстановления поверхности резания может контактировать с заготовкой, Это приводит к тому, что сигнал о наличии процесса резания, появившись в процессе расточки, сохраняется и при отводе резца на ускоренном ходу, т.е, сигнал о быстром ходе появляется позже сигнала о наличии процесса резки, что является признаком, позволяющим отличать не- аварийную ситуацию от аварийной при одновременном наличии двух вышеупомянутых информационных сигналов. Данная ситуация не является аварийной и в этом случае устройство не вырэбатывает аварийный сигнал, Это достигается следующим образом При появлении первым сигнала резания, который подается нэ вход триггера 11 "Установка нуля", триггер 11 сохраняет свое состояние и на его выходе присутствует высокий потенциал, Появление . высокого уровня на входе синхронизации триггера(сигнал о быстром ходе суппорта) вызывает применение его состояния и на выходе триггера триггера 11 устанавливается низкий потенциал и несмотря на присутствие высоких потенциалов на двух входах схемы совпадений И 13 нэ ее выходе сохраняется низкий потенциал. Предотвращение ситуации, при которой на всех трех входах схемы совпадений 13 одновременно могли бы существовать высокиа потенциалы, обеспечивается с помощью элемента временной задержки 12,Этот элемент задерживае г на время 1-2 мкспоявление на входе схемы совпадений 13сигнала с выхода элемента ИЛИ 10. 5За это время триггер 11 успевает переключиться, а на его выходе появится нулевой потенциал. Таким образом, задержкапоявления выходного сигнала с элементаИЛИ 10 позволяет избежать появления сигнала высокого уровня на выходе схемы совпадений 13,При продолжении перемещения режущего инструмента на быстром ходу послепрекращения контактирования его вершины с заготовкой устройство выработает аварийный сигнал в случае появления сигналарезания. Зто обеспечивается за счет переворота триггера 11 в исходное состояние(наего выходе - высокий потенциал) при исчезновении сигнала резания (2 случай, фиг.2). Итеперь любое появление сигнала резанияна входе триггера 11 "Установка нуля" присуществовании ранее появившегося высокого потенциала на входе синхронизации 25сигнал о быстром ходе суппорта) приведетк появлению высокого потенциала на всехвходах схемы совпадений И 13 и, какследствие, к срабатыванию устройства (3 случай,фиг.2). Формула изобретения Предохранительное устройство для металлорежущих станков с ЧПУ, содержащее последовательно соединенные датчик вибраций режущего инструмента, усилитель. детектор, фильтр низких частот и первый компаратор, а также тахогенераторы приводов подач по соответствующим координатам и элемент ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, в устройство введены второй и третий компараторы, сигнальными входами подключенные к выходам соответствующих тахогенераторов, опорными входами - к источникам пороговых напряжений, а выходами - к элементу ИЛИ, триггер задержки, вход "Установка нуля" которого подключеч к выходу первого компаратора, а тактовый вход - к выходу элемента ИЛИ, и трехвходовая схема совпадений, входы которой подсоединены; первый - к выходу первого компаратора, второй - к выходу триггера задержки, третий через элемент временной задержки - к выходу элемента ИЛИ, а выход предназначен для связи с системой ЧПУ.1756113 дав Составитель А,ПоздняковРедактор М.Янкович Техред М.Моргентал Корректор Е.Па город, ул,Гагарина, 10 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж Заказ 3050 Тираж По ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская наисноеоткрытиям при ГКНТ СС4/5