Устройство для определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью

(19) 01) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Белорусский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР569442, кл. В 24 В 49/00.2.Авторское свидетельство СССР по заявке3352835/24,кл.Н 02 М 1/08, 1981 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА КАСАНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА С ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛЬЮ, содержащее задатчик частоты, подключенный выходом к информационному входу первого ключа и входу блока управ-ления частотой, соединенного выходом с входом инвертора напряжения, снабженного мостом обратных диодов, формирователь длительности Фазового сдвига, включенный между шиной звена постоянного. тока и общей точкой катодной группы диодов и связанный выходом с управляющим входом первого ключа, подключенного выходом к входам интегратора и второго ключа, соединенного управляющим входом 4 (5 ц В 24 В 49/10 ф С 05 В 23/02 с выходом первого одновибратора,а в .ходсм . с выходом интегратора и с входом третьего ключа, подключенного управляющим входом квходу первого оцновибратора и к выходу вторго одновибратора, а выходом - к входу элемента памяти,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью расширения функциональныхвозможностей устройства, в него введены дифференциатор, компаратор,первый, второй и третий элементыИ-НЕ, первый,. второй и третий нульорганы, элемент И и датчик напряжения двигателя, подключенный выходами к входам первого, второго итретьего нуль-органов, соединенныхвыходами с первыми входами соответственно первого, второго и третьегоэлементов И-НЕ, подключенных выходами к первому входу элемента И,связанного вторым входом с выходомформирователя длительности фазового сдвига, а выходом - с входом второго одновибратора, причем вторыевходы первого, второго и,третьегоэлементов И-НЕ подключены к выходамсоответственно второго, третьего ипервого нуль-органов, а выход элемента памяти через дифференциатор -Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования на металлорежущих станкахв качестве устройства для опреде-,ления момента касания режущего 5инструмента с обрабатываемой деталью,Известно устройство определениямомента касания инструмента с деталью, содержащее генератор механических колебаний, вибродатчик, усилитель, подключенный выходом к входукомандоаппарата. Генератор возбуждает механические колебания в плоскости, перпендикулярной к плоскости 15обработки с частотой, лежащей внеспектра частот колебаний станка.Вибродатчик фиксирует колебания вплоскости, параллельной плоскостиобработки, возникающие в момент касания шлифовального круга с деталт.в Г 1 1 ..3Недостатками данного устройстваявляются значительная мощность генератора механических колебаний для 25тяжелых металпорежущих станков,сложность конструктивного исполненияи размещения, наладки и обслуживания .генератора механических колебаний ивибродатчика. 30Наиболее близким к изобретениюявляется устройство, содержащее задатчик частоты, подключенный выходомк информационному входу первого ключа и входу блока управления частотой, соединенного выходом с входоминвертора напряжения, снабженногомостом обратных диодов, формировательдлительности фазового сдвига, включенный между шиной звена постоянноготока и общей точкой катодной группыдиодов и связанный с управляющим входом первого ключа, интегратор, второйключ, два одновибратора, третий ключ,элемент памяти.45Теоретические и экспериментальныеисследование тока асинхронного двигателя при питании от инвертора напряжения показывают, что при незначительной нагрузке (которая наиболее 50характерна для работы двигателя главного движения металлорежущих станковна холостом ходу перед моментом касания) кривая тока двигателя в пределах полупериода несколько раз проходит через ноль 2,При такой форме тока возникаетнеопределенность в определении фазового сдвига между током и напряжением В этом случае формирователь длительности фазового сдвига сформирует подряд два импульса. Устройство в, таком режиме теряет свою работоспособность и не может быть использовано в качестве первичного датчика в устройстве определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью.Цель изобретения - расширение фун 1 ециональных возможностей устройства путем формирования импульса в момент касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью. Поставленная цель достигается тем, что в устройство определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью, содержащеезадатчик частоты, подключенный выходом к информационному входу первого ключа и входу блока управления частотой, соединенного выходом с входом инвертора напряжения, снаб- женного мостом обратных диодов, формирователь длительности фазового сдвига, включенный между шиной звена постоянного тока и общей точкой катодной группы диодов и связанный выходом с управляющим входом первого ключа, подключенного выходом к входам интегратора и второго ключа, соединенного управляющим входом савыходом первого одновибратора, а выходом - с выходом интегратора и с входом третьего ключа, подключенного управляющим входом к входу1первого одновибратора и к выходу второго одновибратора, а восходом к входу элемента памяти, введены дифференциатор, компаратор, первый второй и третий элементы И-НЕ, первый второй и третий нуль-органы, элемент, И и датчик напряжения двигателя, подключенный выходами к входам первого, второго и третьего нуль-органов, сое диненных выходами с первыми входами соответственно первого, второго и третьего элементов И-НЕ, подключенных выходами к первому входу эле- мента И, связанного вторым входом" с выходом формирователя длительности фазового сдвига, а выходом - с входом второго одновибратора, причем вторые входы первого, второго и третьего элементов И-НЕ подключены к выходам соответственно второго, третьего и первого нуль-органов, 114876910 30 а выход элемента памяти через дифференциатор в . к входу копаратора.На фиг. 1 дана функциональная схе.ма устройства, на фиг. 2 - кривыетока двигателя при различной нагрузке на валу, на фиг. 3 - временнаядиаграмма работы устройства.Качественный анализ кривых 1 - 3тока двигателя (Фиг. 2), которыепостроены при различной .нагрузкена валу, показывает, что в режимеработы двигателя, который характеризуется кривой 2, за угол сдвигамежду током и напряжением целесообразно принять сумму. =В 1Это объясняется тем, что при изме нении нагрузки на валу двигателя в процессе врезания режущего инструмента в обрабатываемую деталь, будетизменяться как уголтак и уголПоэтому их сумма будет более чувствительным параметром к изменению нагрузки в сРавнении с углами ,иОтметим, что показатель чувствительности является одним из важнейших для устройств определения момен. та касания. Введение в устройстводатчика напряжения двигателя, трехнуль-органов и трех логических элементов И-НЕ позволяет получить последовательность прямоугольных импульсов с длительностью Т/6 и периодомповторения Т/3, где Т - период токастатора двигателя. Введение логичес- З 5кого элемента И позволяет осуществитьуправление преобразователем фазовоФго сдвига в напряжение в соответст 1вии со следующим алгоритом; если токдвигателя имеет форму аналогичнуюкРивой 1 или 3, фазовый сдвиг определяется углом, который и преобразуется в напряжение, если ток двигателя имеет форму аналогичную кривой2, фазовый сдвиг определяется суммойуглов , которая и преобразуется внапряжение. Введение дифференциатораи компаратора позволяет получить сигнал, Фиксирующий момент касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью.На фиг 2 3 Т - фазное на,ряжениедвигателя, 1 фазный ток двигателя, Р - мощность нагрузки на валу 55двигателя, Р - номинальная мощностьдвигателя, Т - период тока статорадвигателя. На фиг. Зад,О,О р - напряжение на первом, втором и третьем выходах датчика напряжения соответст. венно, Ц Ц 1,Н 1- напряжение на выходе первого, второго и третьего нуль-органа, соответственно,- напряжение на выходе элементов И-НЕ, 1 - выходное напряжение формирователя длительности фазового сдвига,- напряжение на выходе интегтатора, 0 5 - напряжение на выходе элемента И", 0- напряжение на выходе первого одновибратора Оу - напряжение на выходе второго одновибратора, ОЗ - напряжение на выходе элемента памяти.Устройство содержит управляющий выпрямитель 1,С-фильтр 2, мост обратных диодов 3, инвертор 4 напряжения, датчик 5 напряжения, асинхронный двигатель 6, блок 7 управления чьстотой, задатчик 8 частоты, пер. вый ключ 9, формирователь 10 длительности фа.свого сдвига, интегратор 11, второй ключ 12, первый одновибратор 13, второй одновибратор 14, третий. ключ 15, элемент 16 памяти, дифференциатор 17, компаратор 18, первый; второй и третий нуль-органы 19-21, первый, второй и третий элементы И-НЕ 22-24, элемент И 25.В качестве датчика 5 напряжения может быть использован трехфазный трансформатор напряжения. В качест" ве ключей 9, 12 и 15 мо 1 ут быть использованы транзисторы КП 103, Формирователь 10 длительности фазового сдвига может быть реализован, например, в виде шунта, подключенного через оптопару к входу нуль-органа. Нуль-органы 19-21, интегратор 11, дифференциатор 17, компаратор 18 могут быть выполнены на основе операционных усилителей. Логические. элементы И-НЕ 22-24 и элемент И 25 могут быть выполнены на основе дискретных микросхем серии К 511.Элемент 16 памяти может быть реа. лизован, например, в виде конденсатора.Устройство работает следующим образом.Расмотрим работу устройства для случая, когда ток двигателя аналогичен кривой 2 Миг.2).Во время работы иннертора 4 на асинхронный двигатель 6 на первом, втором и третьем выходах датчика 5 напряжения присутствует напряжение Ц, 0 , О , которое преоб1148769 Фиг. уменьшения напряжения в ячейке 16памяти фиксируется дифференциатором17, на выходе которого появляетсяимпульс, приводящий к срабатываниюкомпаратора 18 и появлению на его 5выходе импульса прямоугольной формы.Появление на выходе компаратора 18 импульса свидетельствует о касании режу-щего инструмента обрабатываемой детали. Использование предлагаемого изоб. ретения позволяет исключить неопре-деленность в определении фазового сдвига между током и напряжением на холостом ходу двигателя, что позволило использовать его для определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой де- талью.