Система экстремального управления металлорежущими станками

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено .160879 (21) 2820382/18-24: 1 М. Кд,з 05 В 13/02 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторизобретения Г.Я, ШИшов Уъг41 дрское бюро ульяновское голоаное специальное кокс тяжелых и фрезерных станко(71) Заявит 4) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИИИ СТАНКАМИИзобретение относится к автоматике и предназначено для использования в машиностроении.Известна система экстремального управления металлорежущими станками 1.Однако эта система обладает не" достаточными точностью и быстродействием, так как в ней при возникновении автоколебаний осуществляется снижение подачи, что, в свою очередь, снижает производительность и качество обработки.Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является система экстремального управления металлорежущими станками, содержащая подключенныек первым входам системы датчики колебаний.инструментов, соединенные выходами через соответствующие первые элементы И с первыми входами порогового и реверсивного элементов, командный генератор, подключенный выходом ко второму,входу порогового элемента, вторые элементы И, одни входы которых соединены через третий элемент И с выходами порогового и реверсивного элементов, а первые выходы - с одни. ми входами соответствующих первых сумматоров, подключенных другимивходами к вторым входам системы,первый блок выделения экстремума, входы 5 которого соединены с выходами задатчиков и датчиков усилий резания,подключенных к третьим входам системы, а выходы первого блока выделения экстремума и блока ограниченияподачи, подключенного одним входомк четвертому входу системы, соединены с выходом системы 21Основной недостаток системы -невозможность (или неэффективность)применения на станках, обработка накоторых ведется одновременно несколькими инструментами, имеющими индивидуальные приводы вращения (например,продольно-фрезерные станки с несколькими бабками), при автоколебательном режиме одного из инструментов, его колебания через упругиесистемы узлов станка и процессы резания передаются на другие инструменты,Частоты колебаний у всех инструментов одинаковы, а амплитуды могутбыть больше допустимых. При изменениичисла оборотов снижается быстродействие системы, а с нею производительность станка и точность (качество)обработки.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия системы.указанная цель достигается тем, что в систему экстремального управления металлорежущими станками, содержащую подключенные к первым вхо дам системы датчики колебаний инструментов, соединенные выходами через соответствующие первые элементы И с первыми входами порогового и реверсивного элементов, командный генера О тор, подключенный выходом ко второму входу порогового элемента, вторые элементы И, одни входы которых соединены через третий элемент И с выходами порогового и реверсивного элементов, а первые выходы - с одними входами соответствующих первых сумматоров, подключенных другими входами к вторым входам системы,первый блок выделения экстремума, входы 20 которого соединены с ныходами задатчиков и датчиков усилий резания, подключенных к третьим входам системы, а выходы первого блока выделения экстремума и блока ограничения подачи, подключенного одним входом к четвертому входу системы, соединены с выходом системы, введены вторые "умматоры, подключенные к их выходам второй блок выделения экстремума, нрходы которого соединены с другими входами первых и вторых элементов И, датчик колебаний рабочего стола, подключенный входом к пятому входу системы и выходами к одним входам вторых сумматоров, соединенных дру- З 5 гимн входами с выходами соответствующих датчиков колебаний инструментов, коммутаторы, подключенные входами к выходам соответствующих первых сумматоров и вторым выходам 40 соответствующих вторых элементов И, а выходами к второму входу реверсивного элемента и одному входу командного генератора, соединенного другим входом с третьим входом ре версинного элемента и выходом порогового элемента, четвертый и пятый элементы И и третьи блоки выделения экстремума, причем выходы первых сумматоров соединены через включенные параллельно третьи блоки выделения экстремума с первыми входами четвертого элемента И, подключенного выходом к другому входу блока ограничения подачи, а вторым входом через пятый элемент И к выходам задатчиков усилий резания.При этом в процессе резания стабилизируется мощность (или ток) относительно наиболее загруженного привода главного движения регулированием подачи, а при возникновении автоколебаний изменяется число оборотон инструмента, который входит в контур доминирующей (определяющей возникновение автоколебаний) меха нической системы. Доминирующий контур определяется по наибольшей амплитуде колебаний инструмента относительно детали.На чертеже приведена функциональная схема системыэкстремального управления для станка с тремя бабками (инструментами).Система содержит контур стабилизации, который состоит из последовательно соединенных: регулятора 1, второй вход которого соединен с выходом блока 2 ограничения подачи; ключа 3, дополнительные входы которО- го подсоединены к блокам 4 - 6 перегрузки стабилизируемого параметра по каждому инструменту; регулируемого привода 7 подачи; узла резания, который состоит из нескольких узлов 8 10 резания (если обработка недется одновременно несколькими инструментами) и приводов 11-13 главного движения, первые входы и выходы которых соединены с соответствующими узлами 8-10 резания; датчиков 14-16 силового параметра (усилий резания), входы которых соединены с вторыми выходами соответствующих приводов 11-13 главного движения; усилителей 17-19, вторые входы которых соединены с выходами задатчиков 20-22 стабилизируемого параметра (усилий резания), а выходы - с соответствующими блоками 4-6 перегрузки, вторые входы которых подсоединены к выходам задатчиков 20-22 величины стабилизируемого параметра, а выходы - к дополнительным входам ключа 3; блока 23 выделения экстремума (максимального сигнала)., входы которого соединены с выходами усилителей 17-19, а выход - с элементбм ЭСсравнения, на второй вход которого поступает постоянная величина напряжения, а его выход соединен с первым входом регулятора 1.Система содержит также контур ограничения автоколебаний, который состоит из датчиков 24-26 колебаний инструментов, число которых равно количестну бабок (инструментов), входы которых соединены с соответствующими узлами 8-10 резания, а выходы - с элементами ЭС, ЭСи ЭСсраннения, на вторые входы которых поступают сигналы Ао, пропорциональные допустимой амплитуде, и с первыми входами соответствующих вторых сумматорьв 27-29, на вторые входы которых поступает сигнал с датчика 30 колебаний стола. Выходы сумматоров 27-29 соединены с входами второго блока 31 выделения экстремума (максимального сигнала), выходы которого соединены с соответствующими парами первых и вторых элементов И (ключей) 32 и 33, 34 и 35, 36 и 37. На второй вход ключей 32, 34 и 3651 О 15 55 60 65 поступают сигналы с соответствующихэлементов ЭС, ЭСи ЭСсравнения, а их выходы соединены с переключателем 38, пороговымэлементом39 и блоком 40 перегрузки по амплитуде, выход которого соединен с дополнительным входом ключа 3, Навторой вход переключателя 38 поступает сигнал.с командного генератора41, а выходы переключателя 38 соединены с запоминающими элементами42 и 43,выходы которых подсоединенык двум первым входам логическогоэлемента 44 сравнения, третий входкоторого соединен с командным генератором 41, Выход логического элеМента 44 сравнения подсоединен кпервому входу реверсивного элемента45, второй вход которого соединенс выходом порогового элемента 39,а выход - с первым входом третьегоэлемента И (ключа) 46, второй входтакже соединен с выходом пороговогоэлемента 39, на второй вход которого поступает сигнал с командногогенератора 41.Сигнал после ключа 46 поступаетна вторые входы ключей 33, 35 и 37,первые выходы которых соединены совходами соответствующих первых сумматоров 47-49, на дополнительныевходы которых подаются сигналы,пропорциональные максимальному и мини-мальному ограничениям числа оборотови исходному числу оборотов. Выходысумматоров 47-49 соединены с соот-ветствующими входами приводов 11-13главного движения, со входами третьихблоков 50 и 51 выделения экстремума50 (выделения минимального и максимального сигналов) и с первыми вхо-дами коммутаторов (ключей) 52-54,вторые входы которых соединены ссоответствующими вторыми выходамиключей 33, 35 и 37, а выходы - стретьим входом реверсивного элемента45 и с первым входом командного ге-нератора 41, на второй вход которого поступает сигнал с пороговогоэлемента 39. Выходы блоков.50 и 51соединены с первыми двумя входамичетвертого элемента И (ключа) 55,на третий вход которого поступаетсигнал с выхода пятого элемента И(реле) 56, входы которого соединеныс выходами задатчиков 20-22. Выходключа 55 соединен с входом блока 2ограничения подачи.Система работает следующим образом,Задатчиками 20-22 устанавливаютсявеличины стабилизируемых параметровпо каждому главному приводу 11-13,Фактические величины измеряются датчиками 14-16. Блок 23 выделения максимального сигнала выделяет наибольший из усиленных сигналов (послеусилителей 17-19), поступающих с датчиков 14-16, В зависимости от знака разности сигнала после блока 23и постоянной установки П 0 регулятор1 с помощью. привода 7 увеличиваетнли уменьшает подачу и тем самымавтоматически компенсирует отклонение стабилизируемого параметра наиболее загруженного привода от заданного значения, Если по каким либопричинам возникают перегрузки приводов 11-13 главного движения, то срабатывают блоки 4-6 перегрузки, которые размыкают ключ 3 и тем самым отключают подачу,Регулирование числа оборотов производится в зависимости от величины сигналов датчиков 24-26 колебаний инструментов, установленных на станке вблизи от узлов 8-10 резания. Регулирование начинается только в том 20 случае, если абсолютная величинаколебаний хотя бы одного датчика 2426 Превышает допустимый уровень АО.Регулируется число оборотов инструмента, имеющего наибольшую амплитудуколебаний относительно стола. Выделение наибольшей относительной амплитуды производится блоком 31 выделениямаксимального сигнала, на вход которого поступают сигналы, пропорциональные относительным колебанияминструментов (относительные колебания получаются суммированием сигналовколебаний с датчиков 24-26 и с датчика 30 колебаний стола в сумматорах 27-29). Выделенный наибольшийсигнал замыкает ключ 3 Ъ или 34, или36 датчикоь 24-26 колебаний инструмента, работающего в режиме автоколебаний, и ключ 33 или 35, или 37,осуществляющий подключение суммато ров 47 или 48, или 49 к главномуприводу 11, 12 или 13 этого инструмента. Разность (А -Ао) через переключатель 38 поступает на один иззапоминающих элементов 42 или 43, 45 В течение периода, кратного периодувращения инструмента, определяетсясреднее значение этой разности, которое в элементе 44 сравнения сравнивается со средним значением впредыдущий момент. В зависимости отзнака разности с помощью реверсивного элемента 45 в сумматор 47 или ф 48, или 49 подается положительное или отрицательное напряжение, пропорциональное шагу поиска. Сигнал,пропорциональный шагу поиска, подается только. в том случае, еслиразность (А - А) превышает некоторую зону. нечувствительности, реализуемую пороговым элементом 39 иключом 46, В сумматоре 47-49 шагсуммируется.с исходным числом оборотов (и ), изменяя его таким образом,чтобы уровень.автоколебаний уменьшался. Для снижения потерь на поисккомандный генератор 41 синхронизиро 926618ван с частотой вращения инструмента,величина шага в режиме поиска поддерживается постоянной. Снижение потерь на рыскание достигается уменьшением величины шага и увеличениемвремени цикла поиска (уменьшением 5частоты командного генератора 41)при выходе в зону Ао. Выход в зонуАо определяется по количеству срабатываний блока 39 в течение определенного времени. 1 ОЕсли в процессе резания условия,которые привели к повышению уровняколебаний, пропадут (например, будетпройден участок с повышенной глубиной резания), то измененное число 15оборотов апериодически возвращаетсяк исходному.Для предотвращения поломки инструмента подача ограничивается блоком2, на входе, которого задается макси Омально допустимая минутная подаЧа,которая корректируется при изменениичисла оборотов. Коррекция Ям шахзависит от вида одновременно работающих инструментов. Если все инструменты одинаковые (все торцовые иликонцевые фрезы), то уставки стабилизируемого параметра одинаковы и выход реле 56 равен нулю. Ключ 55 будетв положении, при котором на входблока 2 подсоединен блок 50 выделения минимального сигнала. Последнийвыделяет наименьшее число оборотови поэтому выход блока 2 ограничиваетподачу на уровне35и; щдпЯ = ЯмщахпоЕсли обработка ведется различнымиинструментами (например, торцовой иконцевыми фрезами), то выходы задатчиков 20-22 неодинаковы и выход реле 4 О56 отличен от нуля, Этот сигнал замыкает ключ 55 в положении, при котором на вход блока 2 поступает сигнал с блока 51, Блок 51 выделяетнаибольшее число оборотов, которое 45соответствует наименее прочному инструменту.Если по каким либо причинам уровень колебаний превышает допустимыйуровень в течение некоторого времени, 50то сработает блок 40, который разомкнет ключ 3 и остановит процесс резания.Применение изобретения повышаетпроизводительность и виброустойчивость станков, По сравнению с известной системой, в которой уровеньавтоколебаний снижается регулированием подачи, предлагаемая системаповышает производительность на 20- 35.формула изобретенияСистема экстремального управленияметаллорежущими станками, содержащая подключенные к первым входамсистемы датчики колебаний инструментов, соединенные выходами через соответствующие первые элементы И спервыми входами порогового и реверсивного элементов, командный генератор, подключенный выходом ко второмувходу порогового элемента, вторыеэлементы И, одни входы которых соединены через третий элемент И с выходами порогового и реверсивногоэлементов, а первые выходы - с одними входами соответствующих первыхсумматоров, подключенных другимивходами к вторым входам системы, пер"вый блок выделения экстремума, входыкоторого соединены с выходами задатчиков и датчиков усилий резания,подключенных к третьим входам системы, а выходы первого блока выделенияэкстремума и блока ограничений подачи, подключенного одним входом к четвертому входу системы, соединены свыходом системы, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышенияточности и быстродействия, в неевведены вторые сумматоры, подключенные к их выходам второй блок выделе"ния экстремума, выходы которогосоединены с другими входами первыхи вторых элементов И, датчик колеба-:ний рабочего стола, подключенныйвходом к пятому входу системы и выходами к одним входам вторых сумма-.торов, соединенных другими входамис выходами соответствующих датчиковколебаний инструментов, коммутаторы,подключенные входами к выходам соответствующих первых сумматоров и вторым выходам соответствующих вторыхэлементов И,а выходами к второмувходу реверсивного элемента и одномувходу командного генератора, соединенного другим входом с третьимвходом реверсивного элемента и выходом порогового элемента, четвертыйи пятый элементы И и третьи блокивыделения экстремума, причем выходыпервых сумматоров соединены черезвключенные параллельно третьи блокивыделения экстремума с первыми входами четвертого элемента И, подключенного. выходом к другому входу блокаограничения подачи, а вторым входомчерез пятый элемент И к выходам за"датчиков усилий резания,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1; Труды семинара Автоматическое управление"и оптимизация технологических процессовф; Л 24-26ноября 1975, с. 77,2. Бонч-Бруевич А.М. Бесконтактные элементы самонастраивающихсясистем. М фМашиностроение, 1968.с. 15, рис. 8 (прототип).92 б 618 Составитель С. Хлебникрвовач Техред Ж. Кастелевич Корректор В. Синицкая едакто Заказ 2981 4 г ал ППП фПатентфф, г. Укгород, ул. Проектная, 4 0 Тираж 908ВНИИПИ Государственнопо делам изобретены 113035, Москва, Ж, Ра Подписиомитета СССРоткрытийая наб д, 4/