Устройство для управления токарнымстанком

Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскив Соцнапнстнческик Республик(51)м, кл,(22) Заявлено 180 б 79 (21) 2830973/18-24 6 05 В 19/40 В 23 ч 15/00 с присоединением заявим йф Государственный комитет,СССР по делам изобретениИ и открытий.55(088,8) Дата опубликования описания 160531) Заяви СТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТОКАРНЫМ СТАНКО 5 2 уст 3 Изобретение относится к автоматй ройстзо для поддержания постояннойческому управлению металлорежущими .скорости резания, содержащее последостанками и может быть использовано вательно включенные датчик положенияв токаРных станках ДлЯ обРаботки, на. - з сУппоРта, напРимеР сельсин, блок пепример, торцовых поверхностей. ремножения напряжения датчика .полоИзвестно устройство управления жеиия суппорта и напряжения, пропорстанками, содержащее последовательно . ционального скорости вращения двигате" . соединенные потенциометрическую схему ля главного движения, блок сравненияперемножения напряжения, пропорцио О напряжения задатчика скорости реэанального скорости вращения двигателя ния и блока перемножения, усилитель, главного движения и диаметра обработ- электропривод главного движения ики изделия, блок сравнения напряже- механический редуктор, к обмотке возния задатчика скорости резания и схе- буждения подключен задатчик диаметра вам.перемножения, усилитель, электро- обработки, а между вторичными обмот" ф привод главного движения и механи ками датчика положения включены край- ческий редуктор, причем движок по- ние точки сдвоенного потенциометра тенциометра схемы перемножений свя-для компенсации вылета инструменэан с супнортом станка 11. та 2.1.Однако. в этом устройстве в качест- , Однако, в данном устройстве неливе датчика положения супортаис О нейиость выходного напряжения датчи" пользуется потенциометр, что приво- ка положения суппорта от угла поводит к ряду недостатков, например, рота приводит к снижению точности в значительные погрешности, обуслов- . поддержании скорости резания на за" ленные изменением входного сопротив- данном уровне. дополнительным Факто- . ления усилителя при изменении поло- . ром, снижающим статическую точность,2., жения движка потенциометра и изме- . является изменение в широких предевением сопротивления при износе, ог- лах коэФФициента передачи блока перераниченный срок службы. .множения. Кроме того, в данном устнаиболее близким по технической .Ройстве угол поворота датчика огра- сущности к изобретению является О ничен и должен соответствовать мак 830314симальному диаметру обрабатываемогоиэделия. Для обеспечения соответствия необходимо наличие механизма сбольшим передаточным отношением между исполнительным органом суппорта,в частности винтом поперечного перемещения суппорта и осью датчика,что приводит к сложности кинематической передачи между суппортом и датчиком положения, а также к дополнительным ошибкам, обусловленным передачей.Цель изобретения - повышение точности устройства,Цель достигается тем, что в устройство для управления токарным станком, содержащее задатчик диаметра обработки,и датчик положения суппорта,выходы которых соединены с первымивходами соответственно первого и второго преобразователей Фаза-код, иблок сравнения, первый вход которого 20подключен к выходу задатчика скорости резания, а выход - через блок управления ко входу привода главногодвижения, соединенного выходом черезпоследовательно включенные датчикскорости и амплитудный широтно-импульсный модулятор со вторым входомблока сравнения, введены элемент И,первый ключ, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик,триггер и преобразователь прямоугольного напряжения в синусоидальное ипоследовательно соединенные регистр,блок совпадения, определитель знака приращения фазы, второй ключ, первый реверсивный счетчик, второй реверсивный счетчик и широтно-импульсный преобразователь, выходы которогоподключены ко вторым входам амплитудного широтно-импульсного модуля-тора и блока управления, второй входк выходу элемента И, третий вход -ко второму входу блока совпадения,ко вторым входам первого и второгопреобразователей фаза-код, ко второму входу второго ключа, к пеРвому 45входу элемента И и к выходу генератора импульсов, четвертый вход - кпервому входу регистра и к первомувыходу второго преобразователя фазакод, а пятый вход - к третьим входампервого и второго преобразователейФаза-код, к третьему входу блока совпадения, ко второму входу элемента Ии ко второму выходу счетчика, соединенного третьим выходом со вторымвходом преобразователя прямоугольного напряжения в синусоидальное, выход которого подключен ко входам датчика положения суппорта и задатчикадиаметра обработки, второй выход второго преобразователя фаза-код соеди- ,0нен со вторым входом регистра, а третий выход - со вторым входом определителя знака приращения Фазы, подключенного вторым выходом ко второму входу первого реверсивного счетчика, а третьим выходом - ко второму входувторого реверсивного счетчика, соединенного третьим входом с выходом первого ключа, подсоединенного входами к выходам первого преобразователя Фаза-код,Кроме того, блок управления содержит последовательно соединенные сумматор, усилитель, третий ключ и фильтр, выход усилителя является выходом блока, второй вход сумматора - первым входом блока, а вторые входытретьего ключа - вторыми входами блока.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства на фиг, 2 диаграммы импульсов и напряжений, поясняющие их работу.Устройство содержит опорный канал 1, состоящий из генератора 2 импульсов, счетчика 3, триггера 4, и элемента И 5, датчика б положения суппорта, второго преобразователя 7 фаза-код, состоящего иэ формирователя 8 прямоугольного напряжения, формирователя 9 импульсов считывания ирегистра 10, блока 11 вычисления приращений фазы, состоящего из определителя знака 12 приращения фазы, второго ключа 13, регистра 14 и блока 15 совпадения, узла 16 реверса, триггера 17, преобразователя 18 прямоугольного напряжения в синусоидальное, задатчика 19 диаметра обработки, первого преобразователя 20 фаза-код, узла 21 счета, узла 22 реверса, первого ключа 23, узла 24 счета, широтноимпульсного преобразователя 25, состоящего из блока 26 совпадения, регистра 27 и триггера 28, эадатчика 29 скорости резания, блока 30 сравнения,амплитудного широтно-импульсного модулятора 31, состоящего из усилителя 32, низко-частотного фильтра 33 и ключа 34, блок 35 управления, состоящий из фильтра 36, третьего ключа 37, сумматора 38 и усилителя 39, привода 40 главного движения, датчи-. ка 41 скорости, первого 42 и второго 43 реверсивных счетчиков, а также формирователя 44 прямоугольного напряжения, формирователя 45 импульсовсчитывания и регистра 46, образующихпреобразователь 20, клеммы 47.Принцип действия устройства основан на введении основной обратной связи по величине, пропорциональной скорости резания, получаемой в результате перемножения величин, пропорциональных диаметру обрабатываемого иэделия и угловой скорости данного иэделия.Устройство работает следующим образом.С помощью счетчика 3, на вход которого поступают импульсы с генератора 2 (фиг. 2 а), создается опорный интервал. Последний разряд счетчика 3 и триггер 4, работающий со сдвигомна половину периода сигнала переклю- ла 24 в зависимости от сигналов, по"чения последнего разряда счетчика, ступающих с определителя 12 на узело,образуется фазорасщепитель. Прямо и характеризующих направление д иуг льные сигналы с плеч триггера 4, жения суппорта. Направление движениявсдвинутые на 90 относительно друг определяется порядком поступлениядруга, поступают на преобразователь сигналов РАВНО и ПЕРЕДАЧА ПО ПЕРЕД 18, где происходит выделение 1-ой НЕМУ ФРОНТУ. Изменение порядка при 5гармоники и усиления по мощности си- водит к изменению .сигналов с определинусоидальных сигналов. Сигналы с пре- . теля 12, поступающих на узел 22. Дляв с определиобразователя 18 поступают на датчик того, чтобы избежать потери информаб и задатчик 19, работающих в фазо- ции о положении суппорта при изменевращательном режиме, Таким образом,10нии направления движения, узел 21период питания датчика б и задатчи- переходит в режим вычитания, В мака 19 соответствует опорному интер- мент изменения направления движениявалу, а полное изменение фазы выход- определитель 12 вырабатывает импульсного напряжения - циклу работы счет- опрокидывающий триггер 17 и импульсычика (фиг. 2 б).Выходной сигнал с датприращений через узел 16 поступаютчика 6(фиг, 2 в)поступает на формиро- . на вычитающий вход узла 21, которыйватель 8, где происходит его усиле- Работает с этом режиме до достиженияние и формирование в прямоугольные начального состояния, при котором наимпульсы (фиг. 2 г). Формирование им- выходе узла 21 появляется сигнал, оппульсов считывания для преобразова Рокидывающий триггер 17 в исходноения фаза-код осуществляется с помощью состояние.формирователя 9 по стробирующим им- Начальный ввод числа в узел 24,пульсам генератора 2.При этом по пе- соответствующего положению инструменреднему фронту сигналов с формирова- та относительно центра изделия произизделия произтеля 8 вырабатывается сигнал ПЕРЕДАЧА 5 водится с помощью задатчика 19ДляПО ПЕРЕДНЕМУ ФРОНТУ, а по заднему - этого поворачивают ротор эадатчика 19сигнал ПЕРЕДАЧА ПО ЗАДНЕМУ ФРОНТУ на угол, соответствующий положению(фиг. 2 е, д), По сигчалу формирова- резца относительно центра изделия.теля 9 ПЕРЕДАЧА ПО ПЕРЕДНЕМУ ФРОНТУ Значение фазы выходного сигнала задатпроисходит запоминание текущего кода чика 19 преобразуется в код с посчетчика 3 (фиг, 2.б) на регистре 10, мощью преобразователя 20. Код регист 30который хранится там до следующего . Ра 46 перезаписывается на узел 24 синтервала считывания, Код с регист- помощью ключа 23. Это происходит посра 10 затем перезаписывается на ре- ле прихода сигнала на клемму 47,разгистр 14 по сигналу ПЕРЕДАЧА ПО ЗАДНЕ- решающего запись. Запись производитсяМУ ФРОНТУ. по сигналу с формирователя 45, выраПриращения фазы вычисляются с по- батываемому по заднему фронту сигнамощью блока 15, осуещствляющего по- лов, с формирователя 44.разрядное сравнение текущего кода Если суппорт движется к центру обсчетчика 3 и регистра 14. В момент рабатываемого изделия, то происходитравенства кодов блока 15 вырабаты уменьшение кода числа на узле 24 провается сигнал РАВНО(фиг. 2 ж). Вы- порционально уменьшению диаметра обделение этого сигнала осуществляет- рабатываемого изделия. Код узла 24ся синхронизирующими импульсами с по сигналу ПЕРЕДАЧА ПО ЗАДНЕМУ ФРОНТУгенератора 2. Сигнал РАВНО совместно с формирователя 9 перезаписываетсяс сигналом ПЕРЕДАЧА ПО ПЕРЕдНЕМу 45 на регистр 27. Число, зафиксированФРОНТУ поступают на определитель 12. ное регистром .27, сравнивается с теВ зависимости от направления движе- кущим кодом счетчика 3 с помощью блония приращения фазы датчика положе- ка 26. В момент равенства кодов выния вырабатывается в интервалах меж- рабатывается сигнал, который опрокиду сигналами РАВНО и ПЕРЕДАЧА ПО ПЕ дывает триггер 28. Вторичное опрокиРЕДНЕМУ ФРОНТУ или наоборот. При этом дывание триггера 28 происходит пов данных интервалах определитель 12 сигналу элемента И 5 опорного канавырабатывает разрешающие сигналы на ла в момент перехода счетчика 3 чепрохождение импульсов генератора 2 рез нулевое состояние (фиг, 2 и).через ключ 13 (фиг. 2 з). Таким образом, на плечах триггера 28Приращения фазы в число-импульсном создаются широтно-импульсные сигнакоде с выхода ключа 13 поступают на лы (фиг. 2 к), длительность импульузел 21 для деления. Коэффициент де- сов и паузы которых пропорциональныления узла 21, фиксиоованный и выби- текущему диаметру обработки изделия,рается из условия обеспечения соот- Ключ 34, управляемый сигналами- ветствия между максимальным радиусом 40 с выходов триггера 28, осуществляетобрабатываемого иэделия, равным сум- поочередно подключение фильтра 33 кме приращения фазы датчика 6 и макси- выходу привода 40, напряжение с котомальнйм значением кода узла 24. Им- рого пропорционально скорости вращепульсы с выхода узла 21 поступают на ния двигателя главного движения насуммирующий или вычитающий вход уз выходе датчика 41 и к шине ЗЕМЛЯ. ВФормула изобретения Результате чего широтно-импульсный сигнал модулируется по амплитуде напряжением, пропорциональным скорости вращения двигателя главного движения. При этом выходной сигнал ключа 34 эквивалентен произведению величин, равных текущему диаметру обработки и угловой скорости вращения изделия, определяющему скорость резания. Выделение постоянной составляющей сиг- нала с выхода ключа 34 и приведение его к сигналу задания скорости резания, осуществляется фильтром 33 и усилителем 32. Сигнал с усилителя 32 в виде основной обратной связи .привода 40, пропорциональной скорости резания на выходе датчика 41, сравни вается с напряжением задатчика 29 в блоке 30. Сигнал рассогласования с выхода блока 30 поступает на блок 35, а затем на вход привода 40, осуществляющем регулирование скорости 20 вращения двигателя главного движения. Коэффициент передачи блока 35 в статике при достаточно-большом коэффициенте передачи усилителя 39 является величиной, обратно пропорциональной диаметру обработки, Это достигается за счет использования в цепи отрицательной обратной связи усилителя 39 ключа 37, управляемого широтно-им ульсными сигналами с выходов триггера 28 и осуществляющего поочередное подключение фильтра Зб к выходу усилителя 39 и к шине ЗЕМЛЯ. Постоянная составляющая выходного сигнала ключа 37 выделяется фильтром 36 и в виде сигнала отрицательной об- З 5 ратной связи поступает на вход сумматора 38. Таким образом, при уменьшении коэффициента передачи модулятора 31 происходит соответствующее увеличение коэффициента передачи усили теля 35, что позволяет поддерживать общий коэффициент устройства на неизменном уровне.Шпиндельи суппорт станка связаны с электродвигателем главного движения. По мере изменения диаметра обработки изделия происходит соответствующее изменение скорости вращения электродвигателя и зависимое изменение скорости вращения шпинделя, и скорости подачи суппорта. Введение предлагаемого устройства в станок позволяет независимо от ре" жима обработки детали и движения инструментального суппорта скорость шйинделя поддерживать на оптимальном уровне,в соответствии с выбранной скоростью резания,. Устройство позволяет также осуществить с высокой точностью цифровую индикацию пройденного расстоя- Щ ния в сйстеме визуального контроля, Кроме повышения Функциональной гибкости устройства повышается статическая и динамическая точность работы в поддержаний постоянства скорос- у ти резания, Дополнительным преимуществом является устранение сложной кинематической передачимежду суппортоми датчиком положения, которое особен,но очевидно при использовании в ка- .честве датчика положения суппортабилинейного индуктосина. 1. Устройство для управления токарным станком, содержащее задатчик диаметра обработки и датчик положения суппорта, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго преобразователей фаза-код, и блок сравнения, первый вход которого подключен к выходу задатчика скорости разания, а выход - через блок управления ко входу привода главного движения, соединенного выходом через последовательно включенные датчик скорости и амплитудный широтно-импульсный модулятор со вторым входом блока сравнения, отличающееся тем, что,целью повышения точности устройства, в него введены элемент И, пер-. вый ключ, последовательно соедйненные генератор импульсов, счетчик, триггер и преобразователь прямоугольного напряжения в синусоидальное и последовательно соединенные регистр, блок совпадения, определитель знака приращения фазы, второй ключ, первый реверсивный счетчик, второй реверсивный счетчик и широтно-импульсный преобразователь, выходы которого подключены ко вторым входам амплитудного широтно-импульсного модулятора и блока управления, второй вход - к выходу элемента И, третий вход - ко второму входу блока совпадения, ко вторым входам первого и второго преобразователей фаза-код, ко второму входу второго ключа, к первому входу элемента И и к выходу генератора импульсов, четвертый вход - к первому входу регистра и к первому выходу второго преобразователя Фаза-код, а пятый вход - к третьим входам первого и второго преобразователЕй фаза-код, к третьему входу блока совпадения, ко второму входу элемента И и ко второму выходу счетчика, .соединенного третьим выходом со вторым входом преобразователя прямоугольного напряжения в синусоидальное, выход которого подключен ко входам датчика положения суппорта и задатчика диаметра обработки, второй выход второго преобразователя фаза-код соединен со вторым входом регистра, а третий выход - со вторым .входом определителя знака приращения фазы, подключенного вторым выходом ко второму входу первого реверсивного счетчика, а третьим выходом - ковторому вхолч втооого оеверсивного счетчика, соединенного третьим входом с выходом первого ключа, подсоединенного входами к выходам первого преобразователя Фаза-код.2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю ц е е с я тем, что блок управ ления содержит последовательно соединенные сумматор, усилитель, третий ключ, и фильтр, выход усилителя является выходом блока, второй вход сумматора - первым входом блока, а вто алые входы третьего ключа - вторымивходами блока.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Сандлер А,С, Электропривод иавтоматизация металлорежущих станков,М., "Высшая школа", 1972, с. 131-133,рис. 4.33,2. Авторское свидетельство СССРР 486895, кл, В 23 ч 15/00, 1973830314 и 11. 1 3 1 33 Д Эаказ 3707/78 Тираж 940 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель И. КолокольцовРедактор М. Погориляк Техред М. РейвесКорректор М. Демчик