Устройство адаптивного управления металлорежущим станком

) 111 В 19/ ИЙ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ РСКОМУ СВ ЕЛЬСТВУ(71) Ульяновское головное конструкторское бюи фрезерных станков(56) Авторское свидетеВ 645 127, кл. С 05 В 1 пециал елых И. Коваль о СССР 1977. льс 9/3 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(54) УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКОМ(57) Изобретение относится к области автоматического управления ипозволяет повысить используемуюэффективную мощность электродвигателя главного привода (ЭГП) и производительность обработки за счетиспользования свойства электродвигателя работать некоторое время сперегрузкой по мощности без перерыва. Заданная максимальная мощность резания в системе: эадатчик 1 мощности - первый элемент 2 сравнения - регулятор 3 мощности- блок 4 ограничения подачи - привод 5 пода чи - объект 6 управления - ЭГП 7 датчик 8 мощности - первый усилитель 9 - датчик 10 температуры - второй усилитель 1 - второй элемент 12 сравнения - регулятор 13 температуры - задатчик 14 температуры регулируется в зависимости от величины разности температуры нагрева ЭГП и установленной задатчиком 14 допустимой его температуры. При увеличении температуры до допустимого уровня устройство уменьшает мощность резания (МР) до номинальной. Через время, задаваемое регулятором 13, ЭГП охлалдается и МР устанавливается максимальной.1 з. п.ф-лы,4 ил.1205130 5 10 15 20 1Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию, в частности к адаптивному управлению металлорежущими станками,Цель изобретения - понышениеиспользования эффектинной мощностиэлектродвигателя главного приводаи понышение производительности обработки.На фиг.1 изображена функциональная схема устройства на фиг.2диаграммы работы устройства; нафиг.3 - техническая реализациярегулятора температуры; на фиг,4Фдиаграмма его работы.Устройство адаптивного управленияметаллорежущим станком (фиг,1)содержит задатчик 1 мощности, первый элемент 2 сравнения, регулятор3 мощности, блок 4 ограничения подачи, регулируемый привод 5 подачи,объект 6 управления, главный привод 7, датчик 8 мощности, первыйусилитель 9, датчик 10 температуры,второй усилитель 11, второй элемент12 сравнения, регулятор 13 температуры, задатчик 14 температуры.Регулятор 13 температуры (фиг.3)содержит операционный усилитель 15,первый конденсатор 16, диод 17, потенциометр 18, первый резистор 19,нуль-орган 20, второй резистор 21,нторой конденсатор 22, первый эле- .мент И-НЕ 23, второй элемент И-НЕ24, реле 25, нормально разомкнутый контакт 26,Кроме того, обозначены М и Я -заданная и фактическая мощность резания (эффективная мощность электро.двигателя);Ф 8= "о;-" - рассогласование контура регулирования мощности резания,н и Моп = Зйн - номинальнаяи предельно допустимая мощностьнагрузки электродвигателя;Л- коэффициент допустимой перегрузки электродвигателя,Н; - 1-я уставка допустимоймощности нагрузки электродвигателяпо технологическим условиям,8 и 5 оп - текущая подача ипредельно допустимая подача подводаинструмента и детали;1 - длительность цикла,ер и 1 щ - длительность чистовой и черновой обработки в цикле-си и -е - время смены инструмента и инструмента с деталью 25 30 35 40 45 50 55 гИ,Осп и 6 - текущая допустимая температура нагрева электродвигателя и температура окружающей среды;Ьэ-.воп- рассогласование кон- тура стабилизации температуры нагрева электродвигателя,Оно - петля гистерезиса нуль- органа.Упрощенный цикл обработки детали состоит (фиг.2) из черновогорезания, смены инструмента,чистового 1. с резания, смены инструмента и детали 1 о. Для достижения наибольшей производительнос. ти обработку в черновом режиме ведут с максимально возможной мощностью резания (эффективной мощностью электродвигателяглавного привода). Этому соответствует съем наибольшего сечения стружки и наибольшая рабочая подача. Чистовой проход по технологическим соображениям (чистота. и шероховатость поверхности, прочность инструмента, точность обработки) осуществляют с меньшей мощностью резания, чем при черновом режиме.Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии задатчиком 14 (фиг.1) устанавливается допустимая температура Ооп нагрева электродвигателя главного привода 7. В начале работы температура этого двигателя, измеряемая датчиком 10, равна температуре окружающей среды атос и намного меньше Иоп Положительная разность ь 0= Вопвыхода элемента 12 сравнения полностью открывает регулятор 13 температуры, и на его выходеустанавливается напряжение, пропорциональное Иоп= Мн где 3. =1,3 + 2,0 в зависимости от типа двигателя.Задатчиком 1 для конкретного режима обработки устанавливается величина задаваемой мощности резания М (фиг,3). Задатчик 1 представляет собой делитель с переменным передаточным коэффициентом К подаваемого на него выходного напряжения регулятора 13 температуры. Передаточныи коэффициент К изменяется в пределах 0-1. Для черновыхрежимов обычно К = 1 и, следовательно, в исходном состоянии для фиг 2 4 с -КМ 9 оп =Л М. В блоке 41205 20 40 ограничения устанавливаетсядопустимая подача 5 оп подвода инструмента к детали,При пуске устройства в работу напряжение задатчика 1 (Фиг.1) про 5ходит через элемент 2 сравнения,регулятор 3 мощности и вызываетперемещение приводом 5 подачи инструмента к детали с подачей 51 рр.В момент 1 касания инструмента с 1 Одеталью нагружается электродвигатель главного привода 7, и на второй вход элемента 2 сравненияпоступает сигнал, пропорциональныймощности нагрузки двигателя главного привода. Выходной сигнал элемента 2 сравнения, пропорциональныйразности ьЙ=МО-М, устанавливаеттакую подачу 5, которая обеспечиваетзагрузку электродвигателя главногопривода до заданной величины й,-Лйи с некоторой допустимой ошибкойрегулирования. Вследствие глубиныи ширины обработки, твердости материала заготовки, износа инструмента подача непрерывно изменяется,стабилизируя загрузку электродвигателя на заданном уровне (фиг,2).Двигатель главного привода 7 поддействием нагрузки 8=М,-ЯМ начинает 30нагреваться. При этом с точки зрения теплового состояния двигателявозможны два режима работы устройства. В первом (фиг.2 д) длительностьобработки в черновом проходе с максимально возможной нагрузкой, равной Л 1, такова, что температурадвигателя не успевает достигнутьдопустимого значения Орп.В этомслучае выходной сигнал элемента 12сравнения все время положительный(ь 6 )9 ), регулятор температуры неизменяет своего состояния, и процессуправления протекает, как показанона фиг.2 а,После окончания чернового проходапри смене инструмента (интервалвремени 1 с, на фиг.2) двигательнесколько охлаждается. После чистового прохода с уставкой мощностиМ .Й двигатель опять нагревается,50но его температура по-прежнемуне достигает предельной Яоп. Послеокончания чистового прохода следуетинтервал 1 с смены инструментаи детали, в течение которого двигатель. опять охлаждается.Во втором режиме (фиг,2 о) длительность обработки с максимально 30 4возможной нагрузкой М, -ВН такова, что двигатель в какой-то момент .р 1 нагревается до предельно допустимой температуры 6 оп. В этом случае выходной сигнал элемента 12 сравнения становится равным нулю или принимает отрицательное значение(д 60), и регулятор 13 температуры уменьшает свое выходное напряжение до величины, эквивалентнойМ.С этого момента установка Но=он 1 и электродвигатель главного привода работает с номинальной нагрузкой, а его температура не возрастает выше предельно допустимой.Более подробно временная диаграмма работы устройства для второго режима рассмотрена на фиг,4.В исходном состоянии при черновом резании (когда выбрана наибольшая уставка мощности Ч = Я 1 ) 8 о ) на выходе нуль-органа 20 с гистерезисом (фиг.3) имеется нулевой потенциал, а на выходе Формирующей цепи на элементах И - НЕ 23 и 24 - логическая единица, от которой включено реле 25 (элемент 24 - с активным выходом). Делителем 18 (резистор 19 зашунтирован) выставлен уровень ограничения регулятора 13и соответствующий ЯЯ.При увеличении температуры 6 до допустимого уровня Ооп срабатываетнуль-орган 20, и при помощи формирующей цепи 23 и 24 реле 25 отключается на время, определяемое параметрами резистивно-емкостной цепи 21 и 22. При этом уровень ограничения регулятора 13 меняется от Ан до Мн (фиг.4). После выдержки времени реле 25 вновь включается, шунтирует своим контактом 26 резистор 19, и уровень ограничения вновь становится равным Л 1 однако вследствие разряда емкости 16 через диод 7 во время выключения реле 25 выходной сигнал Ц регулятора 13 соответствует 8 н . В дальнейшем этот сигнал регулируется по интегральному закону, обеспечивая 8 = 6 рл при изменяющихся внешних условиях. Например, пунктирная кривая на фиг.4 с момента времени 1 ь соответствует ухудшению условий охлаждения двигателя, повьппению температуры окружающей среды Вас и т.д.После окончания чернового, резания (момент 1. на фиг.4) двигатель охлаждается. В момент 1 нуль-органвозвращается в исходное состояние й вновь готов к новому циклу чернового резания (если оно предусмотрено технологией обработки).На фиг.2 для сравнения штрих- пунктирной линией показан процесс управления обработкой в черновом режиме в известной системе управления. Как видно, в этом случае эффективная мощность резания не превышает Нн и, следовательно, в устройстве за счет повышения мощности резания в черновых режимах до Эйн имеет место пропорциональное увеличение рабочей подачи , сокращение машинного времени и, соответственно, повышение производительности обработки.Формула изобретения1. Устройство адаптивного управления металлорежущим станком, содержащее блок ограничения подачи и последовательно подключенные задатчик мощности, первый элемент сравнения, регулятор мощности, регулируемый привод подачи, объект управления, главный привод, датчик мощности и усилитель, подключенный к второму входу первого элемента сравнения, а выход блока ограничения подключен к второму входу регулятора мощности, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения использования эффективной мощности электродвигателя главного привода и повышения производительности обработки, в него введены задатчик температуры и последовательно подключенные датчик температуры, связанный с главным приводом, второйусилитель, второй элемент сравнения,регулятор температуры, выход которогоподключен к входу задатчика мощности, а выход задатчика температурыподключен к второму входу второгоэлемента сравнения.1 О2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что регулятортемпературы выполнен в виде интегрирующего операционного усилителя,вход которого подключен к первомувыходу второго элемента сравнения ик аноду диода, а выход - к входузадатчика мощности и к первому крайнему выводу потенциометра, средний 20 вывод которого подключен к катодудиода, а второй крайний вывод черезпервый резистор - к отрицательномуполюсу источника питания, последовательно включенные первый элемент 25 И-НЕ, второй резистор и конденсатор, а также последовательно включенные нуль-орган, второй элемент И-НЕ и реле, вход нуль-органаподключен к второму выходу второго ЗО элемента сравнения, второй выводобмотки реле - к положительному полюсу источника питания, первый ивторой входы первого элемента И-НЕподключены к первому входу второгоэлемента И-НЕ, второй вход которого подключен к конденсатору, второй вход которого подключен к отрицательному полюсу источника питания, первый резистор зашунтирован 4 О нормально разомкнутым контактомреле.