Устройство стабилизации скорости резания для токарно винтовых станков с числовым программным управлением

(51)4 С 05 В 19/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ( СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ РЕЗАНИЯ ДЛЯ ТОКАРНО-ВИНТОВЫХ СТАНКОВ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ, содержащее пульт оператора, подключенный первым выходом к установочным входам интерполятора и реверсивного счетчика импульсов, а вторым выходом - к синхронизирующему входу реверсивного счетчика импульсов, входу "Начало записи" интерполятора и первому входу элемента ИЛИ, соединенного вторым входом с управляющим выходом интерполятора, а выходом - с единичным входом первого триггера, подключенного нулевым . входом к выходу первого дешифратора и входу "Конец ввода 11 интерполятора, а выходом - к первому входу блока синхронизации, связанного первым выходом и вторым входом соответственно с запускающим входом и синхронизирующим выходом блока ввода, вторым выходом - с синхронизирующим входом регистра, а третьим входом - с первым выходом 801180845 А делителя частоты, подключенного входом к выходу генератора импульсов, а вторым выходом - .к входу Опорная частота" интерполятора, соединенного адресным входом с выходом второго дешифратора, подключенного входом к первому выходу регистра, связанного установочным входом с информационным выходом блока ввода и входом первого дешифратора, а вторым выходом - с информационным входом интерполятора, подключенного выходами поперечной координаты к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика импульсов и к первому и второму входам усилителя шагового двигателя, связанного третьим входом с выходом продольной координаты интерполятора, и сумматор, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных возможностей устройства, в него введены первый и второй функцио- нальные преобразователи, источник постоянного напряжения, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, подключенные входами соответственно к выходу реверсивного счетчика импульсов и входу Скорость резания" интерполятора, а выходами соответственно через первый и второй функциональные преобразователи - к первоЪ му и второму входам сумматора, соединенного третьим входом с выходом источника постоянного ; напряжения, а выходом - с входом аналого - цифрового преобразователя.2. Устройство по п. 1, о т л и-. ч а ю щ е е с я тем, что блок синхронизации содержит второй триггер, усилитель и элемент И, подключенный первым входом к третьему входу блока синхронизации, вторым входом - к первому входу блока 1180845синхронизации и через усилитель -к первому выходу блока синхронизации, а выходом - к нулевому входувторого триггера, соединенногоединичным входом и прямым выходомсоответственно с вторым входом ивторым выходом блока синхронизации.Изобретение относится к области автоматического управления и вычислительной техники и может быть использовано для программного управления работой токарно-винторезных станков со стабилизацией скорости резания.Цель изобретения - упрощение устройства, расширение его функциональных возможностей за счет расширения значений задания скорости резания и уменьшение дискретности ее задания.На фиг. 1 дана блок-схема устройства на фиг. 2 - функциональная схема блока синхронизации.Устройство содержит пульт 1 оператора, элемент ИЛИ 2, интерполятор 3, реверсивный счетчик 4 импульсов, первый триггер 5, блок 6 синхронизации, делитель 7 частоты, блок 8 ввода, регистр 9, первый дешифратор 10, второй дешифратор 11, усилитель 12 шагового двигателя, генератор 13 импульсов, первый цифроаналоговый преобразователь 14, первый функциональный преобразователь 15, сумматор 16, второй цифроаналоговый преобразователь 17, второй функциональный преобразователь 18, источник 19 постоянного напряжения, аналого-цифровой преобразователь 20, блок 21 управления автоматической коробкой скоростей (АКС).Блок синхронизации содержит элемент И 22, усилитель 23, второй триггер 24.Устройство работает следующим образом.При включении напряжения питания системы все элементы памяти, входящие в ее состав, устанавливают в исходное состояние. При этом триг;гер 5 устанавливают в нулевое состояниеЗатем вводят суппорт станка в ручном режиме, задаваемом на 5 пульте 1, в нулевую точку (первыйвыход), т.е, точку, относительно которой программируются все перемещения суппорта станка, координаты этой точки набраны на декадных 10 переключателях, расположенных напульте 1, и по сигналу, формируемому в пульте 1, подготавливают систему к работе по программе. Отработку программы начинают путем Фор мирования в пульте сигнала "Пуск",который с второго выхода пульта 1 подают на синхронизирующие входы интерполятора 3 и счетчика 4. При этом координаты Х и Е переписывают 20 с выхода координат нулевой точкипульта 1 в интерполятор 3 и счетчик 4, причем в интерполятор 3 переписывают обе координаты нулевой точики, т,е. продольную координату Е 25 и поперечную Х, а в счетчик 4 только одну поперечную координату Х нулевой точки. Сигналом "Пуск", который подводят на вход единичным триггером 5 с выхода пульта 1 через элемент ИЛИ 2, перебрасывают .триггер 5 .в единичное состояние, разрешающее работу блока 6 синхронизации, в котором вырабатывается сигнал включения перемещения перфоносителя в блоке 8 ввода. При движении перфоносителя на информационном выходе блока 8 ввода Формируют построчно геометрическую, технологическую и адресную информации и подают ее в параллельном двоичном коде на установочный вход регистра 9 и вход дешифратора 10, а на синхронизирующем выходе блока 8 ввода1 О вырабатывают синхросигналы строк,которые подают на соответствующийвход блока 6 синхронизации. По синхросигналам строк блока 6 формируютиз ряда импульсных последовательностей, которые Формируют,в делителе 7 из выходной частоты генератора 13 импульсов, синхросигналы записи. Эти синхросигналы записиподают с выхода блока 6 синхронизации на синхровход регистра 9, вкотором пбстрочно записывают геометрическую, технологическую и адресную информацию первого кадра обработки, 15Каждый кадр обработки на перфоносителе заканчивают маркером концакадра, появление на выходе блока8 ввода кода этого маркера дешифруется дешифратором 10, на выходе кото Орого при этом вырабатывают сигналКонец ввода 1 (КВ). Сигнал КВ с выхода дешифратора 10 подают на нулевой вход триггера 5 и устанавливают,его этим сигналом в нулевое состояние, которым блокируют работу блока6 синхронизации. При этом на первом(запускающем) выходе блока 6 синхронизации формируют запрещающий сигнал, прекращающий перемещение пер- ЗОФоносителя в блоке 8 ввода, а навтором (синхронизирующем) выходеблока 8 ввода блокируют выработкусинхросигналов записи для регистра9. Таким образом, сигналом КВ Фиксируют момент окончания процессаперезаписи информации кадра обработки с перфоносителя в регистр 9,на числовом выходе которого к этомумоменту времени находится вся числовая (геометрическая и технологическая) информация считанного кадра,а на адресном выходе адресная информация кадра. Сигнал КВ с выходадешифратора 10 подают также на вход"Конец ввода 11 интерполятора 3, вбуферную память которого по этомусигналу переписывают всю числовуюинформацию с регистра 9, поступающую с его числового выхода на информационный вход интерполятора 3, поадресам, подаваемым на адресныйвход интерполятора 3 с адресноговыхода дешифратора 11, с помощьюкоторого дешифруют адресную информацию кадра, поступающую на входдешифратора 11 с адресного выходарегистра 9. По окончании. процесса записи в буферную память интерполятора 3 инФормации первого кадра обработки в интерполяторе 3 Формируют сигнал "Конец отработки кадра" (КОК), за время которого переписывают информацию первого кадра обработки в рабочую память интерполятора 3. Сразу же после окончания записи информации в рабочую память интерполятора 3 начинают отработку введенного кадра программы, т,е. обработку детали. Одновременно с обработкой первого кадра программы в регистр 9, а затем и в освободившуюся буферную память интерполятора 3 вводят информацию второго кадра программы, так как сигналом КОК, который с управляющего выхода интерполятора 3 подают через элемент ИЛИ на единичный вход триггера 5, устанавливают триггер 5 в единичное состояние, обеспечивая этим считывание с перфоносителя второго кадра обработки. По окончании процесса отработки первого кадра программы вновь формируют сигнал КОК, после окончания которого производят отработку второго кадра программы, записанного в рабочую память интерполятора 3, а в это время в буферную память интерполятора 3 вводят следующий кадр обработки. Такой процесс записи информации с программоносителя в интерполяторе 3 обеспечивает непрерывную обработку детали на протяжении всей программы без остановок по кадрам. Ввод. перепись и обработку информации в интерполятор 3 производят по синхросигналам, которые формируют в делителе 7 из выходной частоты генератора 13 и передают с выхода делителя 7 на вход 1 Опорная частота интерполятора 3. По отработке введенного кадра программы в интерполяторе 3 формИруют соответствующие технологические команды, которые подают на станок и производят вычисление траектории движения режущего инструмента, подаваемую в виде число- импульсного кода по двум каналам Х (выводы +Х и -Х) и 2 (выходы +2, -2) с интерполятора 3 на усилитель 12, запитывающий шаговые приводы, перемещающие суппорт токарного станка, в резцедержателе которого укреплен инструмент. Перемещениего 50 суппорта осуществляют в двух направляющих по оси Е (вдоль обрабатываемой детали) и по оси Х (поперек обрабатываемой детали) на расстояния, пропорциональные числуимпульсов на соответствующих выходах интерполятора 3. Перемещению суппорта к центру шпинделя соответствуют импульсы на выходах -Х и -Е интерполятора 3, а от центра шпинделя +Х и +2. Поскольку каждому единичному перемещению суппорта станка соответствует один импульс на выходе Е или Х интерполятора 3, то на выходе реверсивного счетчика 4, суммирующий счетный вход которого соединен с выходом +Х интерполятора 3, а вычитающий с выходом -Х интерполятора 3, присутствует все время код текущего радиуса обработки детали, так как при движении суппорта в ту или другую сторо" ну отнулевой точки по оси Х наопределенное количество шагов такое же количество импульсов соответственно считывается или суммируется с кодом нулевой точки, от которой программируются и осуществляютсявсе перемещения суппорта станка30 и координата Х которой первоначально записана в счетчике 4 с декадных переключателей пульта 1 по сигналу "Пуск", формируемому в начале отработки программы в пульте 1.Известно, что в станках с автоматической коробкой скоростей (АКС) скорость вращения изменяется ступенчато и имеет ряд значений, образующих геометрическую прогрессию. При этом скорость ьд вращения шпинделя40 может быть определена следующим обом: раз63 = ас"где а - скорость вращения шпинделяна нижней ступени АКСфс - коэЕЕициент редукции АКС,равный отношению скоростейвращения шпинделя в смежныхступенях АКС, причем с г 1,и = 1, 2, 3,ступень АКСи совпадающий с ней код управления АКССкорость вращения шпинделя можетбыть также определена из скоростирезания Ч, которой является скоростьперемещения точки соприкосновенияобрабатываемого изделия с резцом по отношению к нему, и радиуса обработки К; ЧЯвКСовместное решение двух уравнений,определяющих скорость вращения шпинделя и, относительно и даети = 1 одс Ч - 1 орсК + А,где А = (-1 ок а +1) и является постоянной, зависящей от конструкцииАКС, т.е. величины скоростей в ступенях АКС.В соответствии с последним алгоритмом и работает устройство стабилизации скорости резания. С выхода счетчика 4 код радиуса обработки изделия подают на циЕроаналоговый преобразователь 14, где его преобразуют в напряжение, а затем логарифмируют по основанию с помощьюФункционального преобразователя 15.Выходное напряжение преобразователя15 подводят к одному из входов сумматора 16, на другой вход которогоподключают преобразованный в напряжение с помощью циФроаналоговогопреобразователя 17 и Функционального преобразователя 18 таким же образом, как описано выше, код заданной скорости резания, Еормируемыйна выходе "Скорость резания" интерполятора 3 во все время обработкидетали в данном кадре. На третийвход сумматора 16 прикладываютвыходное напряжение от источника19 постоянного напряжения, равноепостоянной А, определяемой конструк"цией АКС. С помощью сумматора 16осуществляют алгебраическое суммирование в соответствии с последнимвыражением, определяющим и сигналов, поступающих на его входы.Выходное напряжение сумматора 16преобразуют в двоичный код с помощью аналого-циЕроВого преобразователя 20, с выхода которого код поступает на блок 21 управления АКСдля управления включением той илииной ее ступени при изменении радиуса обработки К. Таким образом,при изменении радиуса обработки Кизменяется и код управления АКС ии, следовательно, и ступень скорости АКС .При этомизменяется скоростьвращения шпинделяМ, осуществляястабилизацию скорости резаниями.В качестве кода скорости резания в устройстве стабилизации используется код задания скорости вращения шпинделя, причем на цифроаналоговом преобразователе 17 подаются все его разряды. Это обеспечивает полное использование возможностей устройства ЧПУ для задания скорости резания и позволяет снизить дискретность в ее задании.Применяемые в устройстве стабилизации скорости резания цифроаналоговые преобразователи 14 и 17 могут быть выполнены по схеме резистивной матрицы, содержащей только постоянные резисторы, так как разрядность кодов, преобразуемых ими,. не превышает 9. В качестве же функциональных преобразователей 15 и 18, производящих операцию логарифмирования, могут быть применены диодные функциональные преобразователи, выполненные на одном операционном усилителе, причем при погрешности логарифмирования порядка 0,5 Е они должны содержать всего 3-4 диодных ячейки. В качестве аналого-цифрового преобразователя 20 може 1 быть использован любой простейший преобразователь, так как его выходной код имеет разрядность равную 4, что обеспечивает включение 16 ступеней скорости АКС, а на практике АКС с числом ступеней более 9 (при этом аналого-циФровой преобразователь 20 имеет всего 3 разряда) применяются весьма редко.Предлагаемое устройство значи - тельно проще, а следовательно, технологичнее, дешевле и надежнее известной системы, при прочих равных технических характеристиках. Кроме 180845 8того, устройство позволяет снизитьшероховатость обработанной поверхности в центральных участках деталей до двух раз за счет поддержания постоянной скорости резания прилЮбых значениях радиуса обработки.При этом возможно получение однородной по шероховатости поверхности торцовых и фасонных поверхнос- О тей за меньшее количество проходов,что позволяет снизить. машинноевремя обработки изделия, а следовательно, увеличить производительность работы оборудования. Положительный эффект предлагаемого устройства достигается при работеустройства ЧПУ со стандартнымипрограммами, без увеличения ихобъема или сложности, причем доля 2 п ручных операций при обслуживаниикомплекса устройства ЧПУ - станокне увеличивается и не усложняется. Предлагаемое устройство мОжет д быть использовано в составе любыхустройств ЧПУ, так как не требуетустановки специальных дополнительных датчиков, а использует ужеимеющуюся в любом устройстве ЧПУинформацию. Поскольку предлагаемоеустройство не усложняет кинематикистанка, не вводит в нее никакихновых узлов и деталей, а выполняется полностью в электронной частиустройства ЧПУ с небольшим количеством стыковочных точек, то это позволяет легко модернизировать уже существующее оборудование с минимальным временем простоя, необходимым 40для модернизации.1180845 г Редактор Е. Папп Тираж 862НИЙПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий5, Москва, Ж, Раушская наб., д. аказ 5922/45 одписное п ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проект оставитель Н. Горбуноваехред Т.Фанта Корректор И. Эрдейи