Устройство для измерения износа и положения режущего инструмента в токарных станках

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 3 0 ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ ТЕНИ К АВТОРСКОМУ СТВУ,ИДЕТЕ(71) Московский институт электронногошиностроения и Научно-производственнвнедренческое объединение "Технобиомпрогресс"(56) Авторское свидетельство СССРМ 1020205, кл, В 23 0 15/00, 1981,Авторское свидетельство СССРМ 1442370, кл. В 23 0 15/00, 1987,(54) УСТРНОСА ИРУМЕНТ ОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗПОЛОЖЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТА В ТОКАРНЫХ СТАНКАХ льзование: станкостроение, в сисаптивного управления размерной ой многоинструментальных стан- , например токарных, Устройство т учитывать случайные погрешноикающие из-за влияния вибрации, ры и другихфакторов за счет выового коэффициента усиления на акте измерения:, 4 ил. маое ед(57) Испо темах ад настройк ков с ЧПУ поэволяе сти, возн температу бора вес каждом т н,Изобретение относится к станкострое-. . блок, исполнительнйй -механизм привода нию и может быть использовано в системах: перемещения суппорта и разцедержатель, адаптивного управления размерной йа- систему ЧПУ, включающую последовательстройкоймногоинструментальныхстанковс " но соединенные блок коррекции и интерпо- ЧПУ, например токарных, лятор, второй автогенератор;"вход которогоИзвестно устройство автоматической соединен с вторым выходом датчика пере- коррекции размерной настройки токарных мещений, а выход - с вторым входом АЦП; многоинструментальных станков с ЧПУ, со- . выход интерполятора сисТемы ЧПУ соедидержащее датчик положения режущей нен с вторым входом логического блока, выкромки инструмента в системе координат ход которого также соедийен с третьим станка, соединенные последовательно ло-входом АЦП.гический блок, счетчик импульсов и устрой-: Недостатком известныхустройств явля- ство ввода коррекции, и систему ЧПУ, ются погрешности измерения, обусловлен- включающую соединенные последователь- ные вибрацией, изменением но блок авода. коррекции и интерполятор, . температурного режима работы й другими датчик величины уставки и блок многоад- внешними возмущениями.ресной оперативной памяти. Погрешности измерения имеют случайНаиболее близким по технической сущ-: ный характер. Наличие погрешностей сниности к предлагаемому изобретению явля- жает точность выходной информации ется устройство для измерения размерногодатчика перемещенйй, что приводит к по- износа и положения режущего инструмента грешностям измерения размерного износа в токарных станках, содержащее последв- инструмента.вательно соединенные датчик перемеще-Целью изобретения.является повышений, первый автогенератор и ние точности измерения износа инструменаналого-цифровой преобразователь (АЦП), та путе м уст ране ния случайных последовательно соединенные логический погрешностей в измерительном сигнале эасчет выбора векового коэффициента усиления на каждом такте измерения.На фиг,1 изображена структурная схема устройства; на фиг,2 представлены результаты математического моделирования устройства с весовым коэффициентом К=0,2; на фиг,З - то же с К=0,6; на фиг,4 - то же с К=0,9,Устройство для измерения износа и положения режущего инструмента в токарных станках содержит последовательно соединеннйе датчик 1 перемещений, первый автогейератор 2, АЦП 3, первый сумматор 4; первый блок 5 умножения, второй сумматор 6 и лйнию 7 задержки, последовательно соединенные второй блок 8 умножения, третий сумматор 9, блок 10 сравнения, операционный усилитель 11 и электронный ключ 12, выход которого соединен с вторым входом первого блока 5 умножения, систему ЧПУ 20, состоящую из последовательно соединенных блока 13 коррекции и интерполятора 14, последовательно соединенные логический блок 15, исполнительный механизм 16 привода перемещения суппорта и разцедержатель 17, одновибратор 18, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 9, второй автогенератор 19, вход которого соединен со вторым выходом датчика 1 перемещений, а выход - с вторым входом АЦП 3, выход первого сумматора 4 соединен также с первым и вторым входами второго блока 8 умножения, выход линии 7 задержки соединен с вторыми входами первого 4 и второго 6 сумматоров, второй выход блока 10 сравнения соединен с вторым входом электронного ключа 12, выход второго сумматора 6 соединен также с вторым входом логического блока 15, выход которого соединен с третьим входом АЦП 3, Логический блок 15 может быть выполнен на базе микропроцессора серии КР 580. Дифференциальный датчик 1 перемещений выполнен в виде корпуса 23 и имеет две струны 24, 25, размещенные в поле постоянных магнитов 26. Неподвижные концы струн 24, 25 закреплены на корпусе 23 датчика 1 и электрически подключены к входам автогенераторов 2, 19, Подвижные концы струн закреплены на наконечнике 21, установленном на упругом шарнире 27, С помощью автогенераторов 2, 19 обеспечивается постоянная колебаний струн. Выходы автогенераторов 2, 19 соединены с входами АЦП 3, предназначенного для получения цифрового сигнала, пропорционального отношению частот колебаний струн.Устройство работает следующим образом,Для определения величины размерного износа резца в программу работы станка5 10 включают программный цикл "измерения износа" резца 22, во время которого резце- держатель 17 с резцом 22 перемещается по координате Х на размер Хио из исходной точки к наконечнику 21 датчика 1.Хи =Хио +0,5 О, (1) где Хио - номинальное перемещение, соответствующее расстоянию в направлении поперечной подачи, от номинального положения вершины инструмента до изме(3) Последовательные циклы обработки деталей выполняются до тех пор, пока износ резца 22 меньше запрограммированного, как только его величина достигает допустимого значения, логический блок 15 выдает рительной плоскости наконечника датчика 1;О - диапазон измерения.На первый вход АЦП 3 поступает сигнал15 с частотой б 1, равной частоте колебанийструны 24, а на второй вход АЦП 3 поступаетсигнал с частотой б, равной частоте колебаний струны 25. На выходе АМП 3 получаетцифровой сигнал,.пропорциональный отно 20 шению частот т 1 П 2 колебаний струн. Логический блок 15 периодически, с интерваломменее 1 с, включает АЦП 3 и фиксирует начальные значения Уо выходного сигналаАЦП 3, В течение времени одного измере 25 ния в АЦП 3 накапливается число импульсов, пропорциональное УУо=пд - ,11т 2(2)где по - коэффициент деления частоты коле 30 баний струн, устанавливаемый в АЦП 3;т 1, т 2- частоты колебаний струн соответственно, зависящие от положения наконечника 21 относительно корпусадифференциального датчика 1,35 После завершения цикла обработки детали резец 22 повторно перемещается попрограмме "измерения износа" системыЧПУ в положение измерения Х. Управляющие импульсы поступают из интерполятора40 14 через логический блок 15 на исполнительный механизм 16 привода перемещения по координате Х, При касании резцом22 наконечника 21 датчика 1 увеличиваетсянатяжение первой струны и уменьшается45 натяжение второй струны, что приводит кизменению отношения частот б 1/й пропорционально ему выходного сигнала АЦП3. Логический блок 5 фиксирует изменениевыходного сигнала У после остановки пере 50 мещения резцедержателя 17 в точке измерения Хи.Размерный износ йЬи =Уо - %,сигнал о необходимости смены режущего В линии 7 задержки сигнал задерживаинструмента, ется на один такт проведения измерений,Сигнал с выхода АЦП 3, пропорциональ- Весовой коэффициент М определяется вный величине износа инструмента, поступа- диапазоне Ой 1 из практических сообрает на первый вход первого сумматора 4, где 5 жений, обычно 1=0,6, Эксперимент провоалгебраически складывается с сигналом с дился с различными весовымивыхода линии 7 задержки, пропорциональ- коэффициентами усиления М.ным оценке измеряемого сигнала на пред- Сплошной линией У прказан истинныйыдущем такте работы устройства. износ резца, пунктиром У его оценка поС выхода первого сумматора 4 сигнал 10 средством измерительного устройства, апоступает в первый блок 5 умноженйя и на штрихпунктирной линией показано опредевходывторогоблока 8 умножения, Этотсиг- ление износа резца в устройстве-прототинал пропорционален обновляемой последо- пе, Весовой коэффициент В определяет вес,вательности мк и может быть представлен в с которым текущие измерения используютвиде выраженная .15 ся в формировании оценки Уь Как видно из1 к = 2 к - :УМ, . (4) фиг.2, 3, 4, наилучшей оценкой являетсягде 2 - измеряемый сигнал с выхода АЦП 3; оценка при М=0,6.1к- сигнал с линии 7 задержки. В одновибраторе 18 значения дисперС выхода второго блока 8 умноженйя сий ошибки оценивания и измерительныхсигнал, пропорциональный квадрату обнов ошибок вводятся заранее. Они определяютляемой последовательности, поступает нася в процессе эксперимента, напримерпервый вход третьего сумматора 9. В треть- Р=4 мкм, г=20 мкм,2 2ем сумматоре 9 сигнал, пропорциональный С выхода второго сумматора 6 сигналквадрату обновляемой последовательно- также поступает на второй вход логическогости; алгебраически складывается с сигна блока 15, При поступлении этогосигнала солом с одновибратора 18,. который второго выхода логического блока 15 поступропорционален сумме априорной диспер- пает управляющий сигнал для включениясии измерительных ошибок г и дисперсии АЦП 3. Затем цикл повторяется, Таким обошибок оценивания р, На выходе третьего . разом, в отличие от прототипа в устройствесумматора 9 сигнал пропорционален разно отсутствуют случайные погрешности, обуссти дисперсии обновляемой последователь- . ловленные влиянием дестабилизирующихности и ее расчетного значения(р+г). факторов (вибрация; температура и др.).р+ г-И, ф) . Точность устройства повышается за счет2С выхода третьего сумматора 9 сигнал оценки и компенсации случайных помех впоступает в блок 10 сравнения, где сравни измеряемом сигнале.вается с нулем; Если сигнал меньше или формула изобретенияравен нулю, то с выхода блока 10 сравнения Устройство для измерения износа и по. сигнал поступает на электронный ключ 12, ложения режущего инструмента в токарныхкоторый размыкает электрическую цепь, станках, содержащее последовательно соет.е. сигнал на первый блок 5 умножения не 40 диненные датчик перемещений, первый авпоступает,.Если сигнал больше нуля, то а тогенератор и АЦП, последовательновыхода блока 10 сравнения единичный сиг-соединенные логический блок, исполнинал поступает в операционный усилитель. тельный механизм привода перемещения11, где усиливается в соответствии с весо-суппорта и резцедержатель, систему ЧПУ,вым коэффициентом 1, и затем поступает 45. включающую последовательно соединенчерез электронный ключ 12 на второй вход ные блок коррекции и интерполятор, второйпервого блока 5 умножения. В блоке 5 умно- автогене ратор, вход которого соединен сжения сигнал умножается на сигнал с выхо- . вторым выходом датчика перемещений, ада первого сумматора 4. С выхода блока 5выход - с вторым входом АЦП, выходинтерумножения сигнал, пропорциональный кор полятора системы ЧПУ соединен с вторымректирующему сигналу и, для оценки из- входом логического блока, второй выход комеряемого сигнала, поступает на первый торого соединен с третьим входом АЦП, о твход второго, сумматора 6, где алгебраиче- л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышески суммируется с сигналом с линии 7 за- ния точности путем устранения случайныхдержки, пропорциональным Уи, С выхода 55 погрешностей в измерительном сигнале завторого сумматора 6 сигнал, пропорцио- счет выбора весового коэффициента усиленальный оценке У измеряемого сигнала ния на каждом такте измерения, оно снаб 2 к, поступает на вход линии 7 задержки. жено последовательно соединеннымиФи =1 + К 6)первым сумматором, первым блоком умножения, вторым сумматором и линией задержки, выход линии задержки соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров, последовательно соединенными вторым блоком умножения, третьим сумматором, блоком сравнения, усилителем и электронным квочом, одновибратором, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, выход первого суммал У тора соединен с первым и вторым входами второго блока умножения, второй выход блока сравнения соединен с электронным ключом, выход которого соединен с вторым 5 входом первого блока умножения, первыйвход первого сумматора соединен с выходом АЦП, а выход второго сумматора соединен с входом логического блока,1757847. цВ 2 це. 40 Фцг. ФСоставитель Р. МирахмедоТехред М.Моргентал едактор Л. Павло Петр рек Заказ 2961 ВНИИПИ Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 45 зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гага