Устройство для управления станком

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.СССР по лелам изобретений и открытийДата опубликования описания 30. 1082(72) Автор изобретения В.М, Иванов гУльяновский политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОМ Изобретение относится к системам автоматического управления металло- режущими станками и может быть использовано, например, в токарных станках для обработки торцовых поверхностей.Известно устройство для управления станком, содержащее механизм преобразования перемещения суппорта ь угловое перемещение нелинейного кулака, воздействующего на щуп управляющего датчика, причем прОфиль кулака воспроизводит нелинейную зависимость скорости вращения двигателя главного движения от величины диаметра обработки в соответствии с заданной скоростью резания 1).Основными недостатками данного устройства являются сложность передаточного механизма между суппортом и щупом датчика и необходимость ь перестройке механизма для изменения скорости резания, например, путем замены кулака.Известно также устройство для стабилизации скорости резания на токарном станке, содеражщее последовательно включенные датчик положения суппорта, например сельсин, блок перемножения напряжения датчика поло жения суппорта и напряжения датчикаскорости двигателя главного движения, блок сравнения напряжений задатчика скорости резания и блокаперемножения, усилитель, электропривод главного движения, к обмоткевозбуждения которого подключен задатчик диаметра обработки, а междувторичными обмотками датчика положения включены крайние точки сдвоенного потенциометра для компенсациивылета инструмента 21.В этом устройстве отсчет по радиусу обработки абсолютный, осу ществляемый с помощью редуктора сбольшим передаточным отношением,что усложняет кинематику между суппортом и осью датчика положения. Кроме того, из-эа нелинейности выходного напряжения сельсина от углаповорота ротора точность режима .поддержания скорости резания снижается,так как он работает в амплитудном ре"жиме.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для управления металлорежущим станком, содержащее импульсный датчик, блок реверса, реверсивный счетчик, блок ввода и блок уп 3 970322равления электроприводом главногодвижения. В снов очередь блок реверса состоит из логического переключателя, узла реверса и двух линийзадержки, а блок управления содержитэадатчик скорости резания, блок срав нения, усилитель, интегрирующий усилитель, цифроаналоговый преобразователь 13 .Данное устройство предназначенодля работы совместно с широкорегулируемым электроприводом и при других вариантах привода главного движения, например, нключающего в себяавтоматическую коробку скоростей,или комбинированного, не может бытьиспользовано, что ограничивает егообласть применения,10 15 Целью изобретения является расширение области применения устройства.поставленная цель достигается 20 тем, что в устройство для управления станком, содержащее задатчик скорости резания, усилитель с переменным коэффициентом передачи, блок упранления главным приводом станка, регу лятор скорости, вход которого соединен с выходом переключателя, и реверсивный счетчик, устаноночные входы которого соединены с выходами задатчика перемецения, суммирующий и 30 вычитающий входы - с выходами импульсного датчика перемещения через блок реверса, управляющий вход которого подключен к выходу переноса реверсивного счетчика, введены после довательно соединенные первый делитель частоты, второй делитель частоты и преобразователь частоты в напряжение и последовательно соединенные генератор импульсов, блок Фор мирования временньи интервалов и буферный регистр, выход которого соединен с входом блока управления ,главным приводом станка и с управляющим.входом усилителя с переменным коэффициентом передачи,подклю ченного информационным входом к выходу преобразователя частоты в напряжение, а выходами - к информационным входам переключателя, управляюций вход которого соединен со знаковым выходом задатчика скорости резания, подсоединенного информационными выходами к управляющим входам первого делителя частоты, информационный нход которого подклю чен к выходу генератора импульсов, причем управляющие входы второго делителя частоты соединены с информационными выходами реверсивного счетчика, а выход - с синхронизируюцим 60 входом буферного регистра и с управляюцими входами блоКа формирования временных интервалов.На фиг,1 представлена функциональ ная схема устройства, на фиг.2 и 3 диаграмм гоясняюцие работу устройства.Устройство содержит последовательно соединенные импульсный датчик 1 перемецения, блок 2 реверса, реверсивный счетчик 3, установочные входы которого подключены к выходам задатчика 4 перемещения, и последовательно соединенные задатчик 5 скорости резания, первый б и второй 7 делители частоты, преобразователь 8 частоты в напражение, усилитель 9 с переменным коэффициентом передачи, прямой и инверсный выходы которого через переключатель 10 подключены к входу регулятора скорое ти главного привода 11, а также последовательно" включенные генератор 12 импульсов, блок 13, формирования временных интервалов, состоящий из последовательно соединенных элемента И 14, счетчика 15, дешифратора 16 элемента ИЛИ 17, сдвигаюцего регистра 18, выходы последнего через буферный регистр 19 и блок 20 управления главным приводом станка подключены к автоматической коробке скоростей. В свою очередь главный привод 11 станка содержит регулятор 21 скорости, усилитель 22 мощности, датчик 23 скорости, двигатель 24, выходной вал которого через автоматическую коробку 25 скоростей подключен к механизму вращения шпинделя. Выходы счетчика 3 подключены к входам блока 2 и делителя 7, выход которого подключен к установочным входам счетчика 15, регистра 18 и к синхронизирующему входу регистра 19. Старший разряд регистра 18 подключен к второму входу элемента И 14. Генератор 12 соединен со счетным входом делителя 6, ныходы задатчика 5 скорости резания - с управляющими входами переключателя 10, а выходы регистра 19 соединены с управляющим; входом усилителя 9.Устройство работает следующим образом.В процессе обработки детали с помощью датчика 1 и счетчика 3 осущестнляется контроль пути, пройденный инструментальным суппортом. Информация о текущем радиусе обработки вырабатывается в виде элементарных приращений .импульсов) и накапливается счетчиком.3, при этом текущее значение хода счетчика 3 соответствует радиусу обработки детали.В зависимости от направления движения импульсы вырабатываются на одном из выходов датчика 1, связанного с ходоным винтом суппорта. Канал прохождения импульсов на входы счетчика 3 определяется блоком 2.Независимо от направления вращения ходового ниита суппорта пои лвижении к центру изделия импульсы с датчика 1 поступают на вычитающий входсчетчика 3, при движении от центрана суммирующий вход. Коммутация направлений счета импульсов осуществляется в момент перехода счетчика 3через нулевое состояние с помощьюблока 2. Это позволяет осуществитьабСолютный отсчет относительно центра изделия,Скорость шпинделя регулируется спомощью автоматической коробки 25скоростей путем ступенчатого изменения коэффициента передачи междушпинделем и двигателем 24, а такжеэлектроприводом, осуществляющимплавное регулирование скорости шпинделя на интервалах работы ступенейкоробки.Изменение угловой скорости Юшпинделя осуществляется в соответствии с гиперболической зависимостьюа =- Г(Ч, К) = Ч/й, где Ч - скоростьрезания; Й - радиус обработки детали. Данная гиперболическая зависимость (фиг.2) Формируется с помощьюделителей б, 7 и преобразователя 8.Частота импульсов на выходе делителя 7 равна Гд = 6/М = Г /М, М,гДе Г - частота импульсов генератора 12; ГЧ - частота на выходе дели-.теля б, пропорциональная скоростирезания Ч; М- число, поступающее.с блока задания и определяющее скорость резания; М - текущий кодсчетчика 3. Импульсы с выхода делителя 7 поступают на преобразователь 8, где частотно-импульсный сиг.нал преобразуется в напряжение Ощпропорциональное скорости шпинделя,Выбор .работающей ступени коробки 25 осуществляется блоком 13, с помощью которого создаются опорные.интервалы времени Ти. Каждый из интервалов соответствует фиксированномузначению скорости (частоты У ), прикотором происходит переключение наИ-ю ступень коробки скоростей Ти1/1, = д С; М где ДС - периодповторения импульсов генератора; п1, 2, 3 - номер интервала. Приэтом с помощью дешифратора 16 производится выделение состояний М, счетчика 15, соответствующих импульсамокончания временных интервалов .(Фиг. Зб). Импульсы с дешифратора 16объединяются элементом ИЛИ 17 и поступают на сдвиговый вход регистра 13 (фиг.Зб), осуществляя последовательный сдвиг единицы из младшегоразряда в старшие разряды регистра(фиг. 3 в, г, д).1 АТекущее значение скорости, характеризуемое через период повторенияимпульсов с делителя 7, равно ТМ --= 1/1= ЬТ М,М(фиг. 3 а) . Принадлежность скорости к и-му интерва лу определяется условием ГГ тГи- в иили Тс ТТи . Последнее условие определяет интервал времениЬ.Ти = Ти - Ти , попадание в который дает оценку диапазона скоростиЬ Фи " Ь и = ГИ - Г, , Таким образом. весь диапазон изменения скорости разбивается на интервалы ЬИ/ =Ия ЬТ, фиксация значений которыхпроизводится регистром 18 (фиг.З в,1 О д),Сравнение текущего значения скорости, которое пропорционально выходной частоте делителя 7, с опорными интервалами осуществляется по 15 следовательно, начиная с максимальных значений скорости. Принадлежность текущего значения скорости копРеделенномУ .интеРвалУ ЬЩ = Д Тнопределяется импульсами с делителя2 О 7, поступающими на вход регистра 19.В момент поступления импульсов спомощью регистра 19 производитсяфиксация текущего состояния выходоврегистра 18.25 При изменении состояния регистра 19 с помощью блока 20 производит;ся переключение ступеней скорости)коробки 25. Одновременно с переключением ступеней коробки 25 происходит изменение коэффициента передачив цепи задания скорости регулируемого электропривода. При этом коэфФициент передачи усилителя 9 изменяется обратно пропорционально коэффициенту передачи между шпинделеми двигателем с тем чтобы сохранитьгиперболический закон изменения скорости шпинделя, в момент переключения.С помощью привода 11, включающегов себя регулятор 21, усилитель 22,двигатель 24 и датчик 23, сигнал с;которого в виде отрицательной обратной связи поступает на второйвход регулятора 21, осуществляется45 плавное регулирование скорости шпинделя на интервалах работы ступенейкоробки 25. Характеристика изменения скорости двигателя ЮЬ= Е(Ч,К,ДИ)показана на Фиг,2; там же приведена50 кривая ступенчатого регулированияскорости Ж = Е(дВ), осуществляемог с помощью коробки скоростей,и результирующая кривая скоростивращения шпинделя Ю = Е(Ч, Й).Кривая и) = Е(ЬИ) соответствуетрегулированию скорости шпинделя только за счет коробки передач при по,стоянной скорости двигателя, равнойее минимальному значению на интер 60 валах регулирования. Отношения коэффициентов для смежных ступеней короб.ки передач целесообразно принять рав.ными, т.е. выбирать передаточныечисла механической передачи в соот 65 ветствии с геометрической прогрес-сией. При этом максимальные и мини-мальные значения скорости двигателяна всех интервалах регулирования соответствуют одним и тем же значениямфигс 2).Цикл выработки эталонных интервалов времени заканчивается в моментперехода старшего разряда регистра 18 в единичное состояние. Приэтом накладывается запрет на прохождение импульсов генератора 12 10на вход счетчика 15 через .элемент И 14.Начало каждого цикла опроса ступеней ДФ связано со сбросом блока 13в исходное состояние, при которомопределение поддиапазона скорости 15начинается о верхних значений.Запись в регистр 19 осуществляетсяпо переднему фронту импульса с выхода делителя 7, а сброс счетчика 15и запись единицы в младший разряд 2 Орегистра 18 - по заднему фронту.Это позволяет исключить сбои в определении трубемой ступени коробки 25,В начале работы с помощью задатчика 4 в счетчик 3 записывается число, пропорциональное расстоянию режущей кромки инструмента относительно центра детали. Для изменения направления вращения шпинделя напряжение усилителя 9 дополнительно инвертируется. Канал прохождения прямого или инверсного сигнала усилителя 9 через переключатель 10 на входпривода 11 определяется сигналами сзадатчика 5,Предлагаемое устройство универсально и может быть использованопри различных вариантах исполненияглавного привода, например, при управлении скоростью только со стороныавт( матической коробки скоростей. 4 ООбласть применения устройства неограничивается универсальными станками. В случае использования устройства в станках с программным управлением необходимая информация о 45пути, пройденном суппортом, снимается с выхода интерполятЬра по координате, с которой связана отработка поперечного движения суппорта, ав качестве задатчика скорости реза Ония используется регистр технологи,ческих команд.Введение предлагаемого. устрой- ьства в станок позволяет сократитьмашинное время обработки и повысить , 55качество обработки иэделия,Использование двигателя по моменту в комбинированном приводе болеерациональное, так как автоматическая коробка скоростей позволяет формировать нагруэочную характеристику,увеличивающую допустимый момент на шпинделе внизу диапазона регулирования скорости.Формула изобретенияУстройство для управления станком, содержащее задатчик скорости резания, уси,1 итель с переменным коэффициентом передачи, блок управления главным приводом станка, регулятор скорости, вход которого соединен с выходом переключателя, и реверсивный счетчик, установочные входы которого соединены с выходами задатчика перемещения, суммирующий и вычитающий входы - с выходами импульсного датчика перемещения через блок реверса, управляющий вход которого подключен к выходу переноса реверсивного счетчика, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения, в него введены последовательно соединенные первый делитель частоты, второй делитель частоты.и преобразователь частоти в напряжение и последовательно соединенные генератор импульсов, блок формирования временных интервалов и буферный регистр, выход которого соединен с входом блока управления главным приводом станка и с управляющим входом усилителя с переменным коэффициентом передачи, подключенного информационным входом к выходу преобразователя частоты в напряжение, а выходами - .к информационным входам гзреключателя управляющий вход которого соединен со знаковым выходом задатчика скорости резания, подсоединенного ин - формационными выходами к управляющим входам первого делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, причем управляющие входы второго делителя частоты соединены с информационными выходами реверсивного счетчика, а выход - с синхрониэирующим входом буферного регистра и с управляющими входами блока формирования временных интервалов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 427831, кл. В 23 0, 5/20, 1974.2. Авторское свидетельство СССР9 48 б 895, кл. В 23 Я 15/00, 1974.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2932726/24,кл. С 05 В 19/33, 1980 (прототип).970322 ввв в фил фПИ Заказ 8387/57 Тираж 91 ав вв щавававтавв ППП "Патент", г.Ужгород, ул дписнощтта оектная,4