Аналого-цифровое устройство для управления токарным станком

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическиаРеспублик и 947830(22) Заявлено 300580 (21) 2932726/18-24 3 М Кп.С 05 В 19/33 С 05 В 19/40 В 23 О 15/013 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(71) Заявитель Ульяновский политехнический институт(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛРАВЛЕНИЯТОКАРНЫМ СТАНКОМ Изобретение относится к автомати-" ческому управлению металлорежущими станками и, в частности, токарными станками, предназначенными для обработки, наприме,торцовых поверхностей..Известны устройства для управления токарным станком.Одно иэ известных устройств содержит последовательно включенные датчик положения суппорта, например, сельсин, блок перемножения напряжения датчика положения суппорта и напряжения, пропорционального скорос ти вращения двигателя главного движения, блок сравнения напряжения эадатчика скорости резания и блока перемножения, усилитель, электропривод главного движения и механический редуктор. К обмотке возбуждения подключен эадатчик диаметра обработки, а между вторичными обмотками датчика положения включены крайние точки сдвоенного потенциометра для компенсации вылета инструмента 1.11.В этом устройстве датчик положения работает в амплитудном режиме, что приводит к ряду недостатков, например,. к значительным погрешностям в поддержании скорости резания на заданном уровне, обусловленномнелинейностью выходного напряжениядатчика от угла поворота ротора иналичием механизма с большим передаточным отношением между винтом поперечного перемещения суппорта иосью датчика. Кроме того, коэффициент передачи блока перемножения изменяется в широких пределах, чтоприводит к дополнительному снижениюточности работы.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому являетсяустройство для управления токарнымстанком, содержащее последовательновключенные импульсный датчик, состоящий из опорного канала, преобразователя прямоугольного напряженияв синусоидальное, датчика положениясуппорта, преобразователя Фаза-коди блока вычисления приращений фазы,делитель частоты, узел реверса, реверсивный счетчик, широтно-импульс, ный преобразователь, амплитудныйширотно-импульсный модулятор, блоксравнения напряжения задатчика скорости резания и модулятора, усилитель с переменным коэффициентомпередачи, электропривод главного З 0 движения, выход которого через дат 947830чик скорости подключен к входу моду лятора, а также блок ввода, состоящего из задатчика диаметра обработки, преобразователя фаза-код и ключа, соединенного выходами с установочными входами реверсивного счетчика, а входами с соответствующийи выхедами опорного канала и преобразователя прямоугольного напряжения в синусоидальное 2 .В этом устройстве для перемножения 10 величин, пропорциональных радиусу обработки и угловой скорости вращения детали, используется временная развертка кода реверсивного счетчика в широтно-импульсный сигнал. При этом 15 наблюдается информационная избыточность основных блоков устройства, так как разрядность счетчика опорного канала преобразователей фаза-код, блока вычисления приращений Фазы и широтно-импульсного преобразователя должна соответствовать разрядности реверсивного счетчика, осуществляющего контроль положения инструмента.Указанный Фактор приводит также к промежуточной операции согласования между величиной число-импульсных приращений Фазы датчика положения и кодом реверсивного счетчика, осуществляемой делителем частоты, Кроме того, в ряде случаев, например, при обработке обратным резцом, необходим абсолютный отсчет по радиусу обработки относительно центра обрабатываемого изделия, В данном устройстве при прохождении реверсивного . 35 счетчика через нулевое состояние, соответствующее нулевому радиусу обработки, и последующем продолжении движения код счетчика меняется на обратный. Это приводит к пусковым 40 режимам работы двигателя при работе вблизи оси вращения детали, вносит ограничения на использование устройства.Цель изобретения - упрощение 45 устройства и расширение области его применения. 30 Поставленная, цель достигается тем, что аналого-цифровое устройство для управления токарным станком, содержащее импульсный датчик перемещения суппорта, привод главного движения, лоследовательно включенные узел реверса и реверсивный счетчик, установочные входы которого соедине ны с выходами блока ввода, а информационные выходы с управляющими входами цифро-аналогового преобразователя, и последовательно включенные задатчик скорости резания, блок 60 сравнения и усилитель, содержит логический переключатель, элемент за- держкИ, интегрирующий усилитель, выход которого подключен к входу привода главного движения и через циф ро-аналоговый преобразователь к второму входу блока сравнения, а входсоединен с выходом усилителя, причем первый и второй выходы импульсного датчика перемещения суппорта подключены к первым входам узла реверса через соответствующие элементызадержки и к первым входам логического переключателя, второй вход которого соединен с выходом нулевого состояния реверсивного счетчика, авыходы подключены к вторым входамузла реверса.Импульсный датчик перемещения суппорта содержит первые, вторые итретьи триггеры и Формирователи импульсов и осветитель, расположенныйвнутри стакана с отверстиями, соединенного с ходовым винтом суппорта,три Фотодиода, установленные со сдвигом на четверть угла между отверстиями стакана, каждый из которых включен по схеме, делителя с соответствующим резистором между шинами питания, средние точки делителей подключены к входам соответствующихформирователей импульсов, входыпервого и третьего формирователейимпульсов подключены соответственно кустановочным В-входам третьего и первого триггеров и установочным 5,й-входам второго триггера, прямой выходкоторого подключен к З,К-входам первого триггера, а инверсный выход к.,К-входам третьего триггера, синхрониэирующий вход которого подключенк входу первого триггера и к выходувторого Формирователя импульсов,причем инверсные выходы первого итретьего триггеров подключены к собственным вторым З,К-входам, а прямыек выходам датчика.Кроме того, в качестве импульсного датчика положения суппорта использован интерполятор системы программного управления.На Фиг. 1 представлена Функциональная схема устройства; на фиг, 2схема импульсного датчика перемещения суппорта на Фиг. 3 - схема узлареверса; на фиг. 4 Сдиаграммы импульсов и напряжений,Устройство (Фиг. 1) содержит импульсный датчик 1 перемещения суппорта, элементы 2 и 3 задержки, логический переключатель 4, узел 5 реверса,реверсивный счетчик б, блок 7 ввода,цифро-аналоговый преобразователь 8,эадатчик 9 скорости резания, блок 10сравнения, усилитель 11, интегрирующий усилитель 12 и привод 13 главного движения с выходом на станок, Всвою очередь, переключатель 4 состоит иэ элементов И-НЕ 15, 16 и триггера 17 8,5 типа, цифро-аналоговыйпреобразователь 8 содержит операционный усилитель 18, в цепи обратнойсвязи которого включен резистор 19, ав прямые. резисторы 20, набранные по двоичному закону, и ключи 21, интегрирующий усилитель 12 состоит из операционного усилителя 22, резистора 23, конденсатора 24 и цепи ограничения, состоящей из диодов 25 и ре зисторов 26 и 27.Датчик 1 состоит (Фиг. 2) иэ стакана 28 с отверстиями 29, соединен-ного с ходовым винтом инструментального суппорта, осветитель 30, распо ложенный внутри стакана, резисторов 31-33 и фотодиодов 34-36, включенных по схеме делителя между шиной питания и шиной ЗЕЮИ,формирователей 37-39, импудьсов триггера 40 В, 5 типа, триггеров 41, 42 3 К типа.Узел 5 реверса содержит (Фиг. 3) элементы И 43-46 и ИЛИ 47, 48.Стабилизация скорости резания достигается в предлагаемом устройстве путем преобразования величины, тождественно равной радиусу обработки Й, в управляющее воздействие, задающее угловую скорость вращения детали И в соответствии с операцией у= Ч/В, где Ч - скорость резания.Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.С помощью датчика 1 вырабатывается число-импульсная информация о пути, пройденном инструментальным суп-портом. Импульсы датчика 1 накапливаются счетчиком б. В результате этого текущие значения радиуса обработки преобразуются в код (фиг. 4 м), Канал прохождения импульсов определяется как выходом датчика 1, так и направлением отсчета относительно центра изделия. Счетные последовательности на выходахдатчика 1 разделены и связаны с награвлением вращения 40 ходового винта супорта. Независимо от направления вращения при двиении к центру изделия импульсы с датчика 1 (фиг. 4 ж) посту:.ают на вычитающий вход счетчиков б (фиг. 4 к), при движении от центра на суммирующий вход (фиг. 4 л). Абсолютный отсчет относительно центра изделия осуществляется с помощью переключателя 4 и узла 5. Коммутация направлений счета импульсов производится триггером 17 в момент перехода счетчика б через нуль (фиг. 4 и,к,л,м). При этом на выходе счетчика б появляется сигнал, разрешающий прохождение импульсов датчика 1 через элементы И-НЕ 15 и 16 на установочные входы триггера 17, После прохождения счетчика б через нулевое состояние и дальнейшем движении суппорта триггер 17 сохраняет свое состояние (фиг 4 и), определя ющее каналы прохождения импульсов датчика 1 через узел 5. С целью исключения сбоев и потери информации о положении суппорта импульсы датчика 1 задерживаются элементами 2 и 3, 65 на время срабатывания переключателя 4.Счетные последовательности вырабатываются датчиком 1 (фиг. 2) следующим образом.В зависимости от направления вращения ходового винта инструментального суппорта порядок засветки фото- диодов 34-36 различенВ момент засветки на выходе делителей, образованных фотодиодами 34-36 и резисторами 31-33, образуются перепады напряжений, которые формируются в прямоугольные импульсы Формирователями 37-39. При прямом направлении вращения винта суппорта происходит последовательное появление импульсов на выходах Формирователей 37-39, при другом направлении срабатывание формирователей происходит в обратном порядке (фиг. 4 а,б,в). В первом случае после срабатывания триггера 40 (фиг. 4 г), с помощью которого формируется признак направления движения, выдается разрешающий сигнал на входытриггера 41.Признак направления определяетсястробирующим импульсом с Формирователя 38 (Фиг. 4 б), по заднему фронтукоторого происходит срабатывание триггера 41 (фиг, 4 д). Сброс триггера в исходное состояние происходит в момент засветки фотоднода одновременнос опрокидыванием триггера 40(Фиг. 4 г,д). Триггер .42 находится приэтом в исходном состоянии, так как квходам 3, к наложен запрет с инверсного выхода триггера 40. В случае изменения порядка срабатывания формирователей 37 - 39 импульсы вырабатываются на выходе триггера 42 (фиг. 4 з), Работа датчика 1 не зависит от характера выходных сигналовс чувствительных элементов. Представляют они собой потенциальные сигналыили импульсные последовательности, характер выходных сигналов триггеров остается неизменным. Для исключениянеоднозначности считывания информации, которое аналогично эффекту дребезга контактов, инверсный выход триггеров 41, 42 подключен к собственным информационным входам Э, К,Контур задания скорости вращения двигателя главного движения (Фиг,1), состоящий из задатчика 9, блок 10,усилителя 11,интегрирующего усилителя12 и преобразователя 8,предназначен для преобразования кода счетчика 6 в управляющее воздействие, задающее скорость вращения двигателя.С помощью задатчика скорости резания выставляется напряжение Оч, пропорциональное скорости резания. Цифроаналоговый преобразователь осуществляет переменожение напряжения с интегратора Ощ и кода счетчика М, пропорционального текущему радиусу об 947830работки путем амплитудно-кодовой .модуляции (фиг. 4 м), При этом ключи 21 коммутируют сопротивления (резисторы) 20, набранные по двоичномузакону, изменяя тем самым коэффициентпередачи усилителя 18, За счет вклю чения усилителя 12 контур задания скорости астатический. В статике напряжение задатчика 9 и напряжение отрицательной обратной связи с преобразователя 8 равны, Величина напря 10жения на выходе усилителя 12 при этомпрямо пропорциональна напряжениюзадания на скорости резания и обратнопропорциональна относительному радиусу обработки, Режим работы усилителя 11 близок к релейному. 11 риуменьшении радиуса обработки происходит умеиьшение коэффициента передачи преобразователя 8, что, в своюочередь, вызывает увеличение наибольшей постоянной контура задания скорости двигателя, обусловленной постоянной времени усилителя 12, Такимобразом, демпфирование контура возрастает и в динамическом режиме кривая ОЙ(г) достаточно близка к кривойО (фиг. 4 м).С, целью ограниченияскорости привода главного движения,обусловленного конструктивными возможностями станка, напряжение на выходе усилителя 12 ограничивается ЗОцепью 25-27 (фиг. 4 м),В начале работы с помощью блока 7в счетчик б записывается число пропорциональное расстоянию режущейкромки инструмента относительно цент ра детали. В простейшем случае дляуниверсальных токарных станков можно ограничиться сбросом счетчика бв нулевое состояние при подводе резца к центру изделия. В процессе ра Оботы скорость вращения двигателяглавного движения изменяется в соответствии с изменением радиуса обработки, что позволяет поддерживатьскорость резания на оптимальном уров не. В соответствии с изменением скорости двигателя происходит зависимоеизменение скорости вращения шпинделя и скорость подачи суппорта станка.Поедлагаемое устройство может быть использовано не только в универсальных станках, но и в станках с программным управлением. принципиальной разницы между импульсным датчиком и интерполятьром системы программного управления с точки зрения получениянеобходимой информации о расстоянии, пройденном суппортом, нет. для станков с программным управлением импульсные последовательности берутся с интерполятора по координате, с которой связана обработка поперечного движения суппорта.Введение предлагаемого устройства в станок позволяет обеспечить одинаковые условия обработки во всем диа пазоне изменения радиуса обработки, повысить производительность при обработке и качество изделия. Введение новых элементов позволяет упростить устройство, исключить пусковые режимы работы привода вблизи центра изделия, а также расширить область его применения. Формула изобретения1. Аналого-цифровое устройство для управления токарным станком, содержащее импульсный датчик перемещения суппорта, привод главного движения, последовательно включенные узел реверса и реверсивный счетчик, установочные входы которого соединены с выходами блока ввода, а информационные выходы - с управляющими входами цифро-аналогового преобразователя, и последовательно включенные задатчик скорости резания, блок сравнения и усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и расширения области применения устройства, Оно содержит логический переключатель, элемент задержки, интегрирующий усилитель, выход которого подключен к входу привода главного движения и через цифро-аналоговый преобразователь к второму входу блока сравнения, а вход соединен с выходом усилителя, причем первый и второй выходы импульсного датчика перемещения суппорта подключены к первым входам узла реверса через соответствующие элементы задержки и к первым входам логического переключателя, второй вход которого соединен с выходом нулевого состояния реверсивного счетчика, а выходы подключены к вторым входам узла реверса.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что импульсный датчик перемещения суппорта содержит первые, вторые и третьи триггеры и формирователи импульсов и осветитель, расположенный внутри станка с отверстиями, соединенного с ходовым винтом суппорта, три фотодиода, установленные со сдвигом на четверть угла между отверстиями стакана, каждый из которых включен по схеме делителя с соответствующим резистором между шинами питания, средние точки делителей подключены к входам соответствующих формирователей импульсов, входы первого и третьего Формирователей импульсов подключены соответственно к установочным й-входам третьего и первого триггеров и установочным 5 В-входам второго триггера, прямой выход которого подключен к Э, К-входам первого триггера, а инверсный. выход к 3, К-входам третьего триггера, синхронизирующийвход котерого подключен к входу .первого триггера и к выходу второгоформирователя импульсов, причем инверсные выходы первого и третьеготриггеров подключены к вторым Ъ, Квходам, а прямые выходы - к выходамдатчика. 3. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю ц е е с я тем, что в качестве;импульсного датчика полнения суппорта использован.интерполятор системы программного управления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 486895, кл. В 23 Я 15/00, 1974.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2830973/18-24,кл, 6 05 В 19/40, 1979 (прототип).947830 ВНИИПО г. Ужгород, Ул оектная, 4 ате илиал ЙаФэ 5650/71 Тираж 914 Подписно