Устройство для останова шпинделя в заданном положении

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 9) (1) 4(51) В 23 Я 5/2 ВРЕТЕНИЯ ОПИСА И АТЕНТ Есики Фудзиок итед (Япо 081, 25.03 д(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСТАНОВАШПИНДЕЛЯ В ЗАДАННОМ ПОЛОЖЕНИИ, содержащее блок задания скорости шпинделя, выход которого соединен с первымдвухпозиционным переключателем,имеющим привод подвижного контакта,соединенный с входом блока управле" .нщь скоростью шпинделя, другой входкоторого соединен с выходом датчикаскорости шпинделя, датчик положения,шпинделя, образованный подвижной. частью, установленной иа шпинделе,и неподвижной частью, выход которогосоединен с входом блока управленияположением шпинделя, а выход последнего соединен с первым двухпозиционным переключателем, и блок заданиярабочего .режима, выход которого сое"динен с приводом подвижного контактапервого двухпозициоиного переключателя, отличающееся тем,что, с целью повышения точности упУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Патент СССР В 7 кл. В 23 Я 5/20, опубли равленияблок управления положением шпинделя содержит делительную схему,триггер, синтезатор сигнала, усилитель, дополнительньй двухпоэиционныйпереключатель с приводом подвижногоконтакта, источник постоянного напряжения и схему генерирования сигнала совпадения, причем выход датчика по ложения соединен с входом делительной схемы, один из выходов которой соединен с выводом запуска триггера а другой - с выводом сброса триггер выход триггера соединен с одним вхо синтезатора сигнала д гие вхо" ом Руды которого соединены с выходом датчика положения шпинделя и с источни"ком постоянного напряжения, одинвыход синтезатора сигнала подключенсоответственно к неподвижным контактам дополнительногодвухпозицнонногопереключателя через усилитель и непосредственно,. а другой - к входублока задания режимов, подвижный кон.такт дополнительного двухпозиционного переключателя соединен с неподвиж.ным контактом первого двухпоэиционного переключателя, один вход схемыгенерирования сигнала совпадениясоединен с выходом датчика скоростишпинделя, а второй - с блоком задания рабочего режима, при этом выходсхемы генерирования сигнала совпадения связан с приводом, подвижного контакта дополнительного двухпозиционного переключателя и блоком управленияскоростью шпинделя.Изобретение относится к области станкостроения, а именно к устройству для останова шпинделя в заданном положении.Известна система управления шпинделем для регулирования скорости вра. щения шпинделя и останова его в заданном положении, содержащая датчик скоростишпинделя,цифроаналоговый преобразователь, з адатчик скорости, блок 10 сравнения,блок регулирования скорости шпинделя, синхронизатор, содержащийимпульсный датчик положения шпинделя,блок, управления положением шпинделя с цифровым задатчиком, двухпозиционный переключатель и сумматор Я .Однако эта система управления не 15 обеспечивает высокой Точности останова шпинделя в заданном положении.Цель изобретения - повышение точности останова шпинделя в заданном положении.Указанная цель достигается тем,20 что в устройстве для останова шпинде ля в заданном положении, содержащемб)юк задания скорости шпинделя, выход которого соединен с первым двухпозиционным переключателем, имеющим тью шпинделя, другой вход которогосоединен с выходом датчика скоростишпинделя, датчик положения шпинделя,образованный подвижной частью, установленной на шпинделе, и неподвижнойчастью, выход. которого соединен свходом блока управления положением шпинделя, а выход последнего соединенс первым двухпозиционным переключателем, и блок задания рабочего режима,выход которого соединен с приводом подвижного контакта первого двухпозиционного переключателя, блок управления положением шпинделя содержит делительную схему, триггер, синтезатор 45 сигнала, усилитель, дополнительныйдвухпозиционный переключатель с приводом подвижного контакта, источникипостоянного напряжения и схему генерирования сигнала совпадения, причем 50 выход датчика положения соединен свходом делительной схемы, один из выходов которой соединен с выводомзапуска, триггера, а другой - с выводом сброса триггера выход триггерасоединен с одним входом синтезатора, другие входы которого соединеныс выходом датчика положения шпинделя привод подвижного контакта, соединенный с входом блока управления скорос26 2и с источником постоянного напряжения, один выход синтезатора сигнала подключен соответственно к неподвижным контактам дополнительного двух- позиционного переключателя через усилитель и непосредственно, а другой - к входу блока задания режимов, подвижный контакт дополнительного двухпозиционного переключателя соединен с неподвижным контактом первого двухпозиционного переключателя, один вход схемы генерирования сигнала совпадения соединен с выходом датчика скорости шпинделя, а второй с блоком задания рабочего режима, при этом выход схемы генерирования сигнала совпадения связан с приводом подвижного контакта дополнительного двухпозиционного переключателя и бло. ком управления скоростью шпинделя.На фиг. 1 показано устройство для останова шпинделя в заданном положении; на фиг. 2-3 - формы сигналов на выходе из датчика положенияшпинделя; на фиг, 4 - форма сигналов в блоке управления положением шпинделя; на фиг, 5 - форма сигналов в уст ройстве на фиг. 1; на фиг. 6 - расположение деталей устройства при регулировании положений шпинделя; на фиг. 7 - зависимость между напряжением позиционного отклонения и углом позиционного отклонения при переключении коэффициента усиления.Устройство содержит блок 1 задания скорости шпинделя 2, вырабатывающий сигнал заданной скорости СЧ блок 3 задания рабочего режима, вырабатывающий сигнал заданной ориентации СРС, Блок 4 управления скоростью шпинделя содержит сумматор 5, фазокомпенсирующую схему 6, схему 7 преобразования напряжения в фазу и тиристорную схему 8. Сумматор 5 однозначен для выдачи разностного напряжения между сигналом заданной скорости С 1 и сигналом действительной скорости О двигателя. Фазокомпенсирующая схема 6 осуществляет фазовую компенсацию в сервосистеме посредством опережения или замедления фазы, Схема 7 преобразования напряжения в Фаэу управляет углом зажигания каждого тиристора в тиристорной схеме 8. в соответствии с отклонением между заданной скоростью СЧ и действительной скоростью А . Тиристорная схема 8, состоящая из ря3 1165 да тиристоров, действует в соответствии с регулируемыми углами зажигания тиристоров для изменения напряжения, приложенного к двигателю 9 постоянного тока, осуществляя тем 5 самым регулирование скорости вращения двигателя. Датчик 10 скорости двигателя служит для получения напряжения, пропорционального скорости двигателя, Режущий инструмент 11 установлен на шпиндельном механизме 12, а шпиндель 2 соединен с двигателем 9 постоянного тока через ремень (или шестерни) 13. Датчик 14 положения шпинделя образован подвижной частью 15 15, установленной на шпинделе, и неподвижной частью 16, Неподвижная часть 16 датчика 14 положения шпинделя служит для создания сигнала обнаружения Р 06 (на фиг. 2). Величина 20 сигнала обнаружения РП 8 равна нулю вольт в случае, когда подвижная часть 15 датчика противостоит неподвижной части 16 датчика, и имеет положительные и отрицательные участки при нахождении подвижной части 15 по какую- либо сторону от неподвижной части 16 датчика, причем полярность сигнала зависит от конкретной стороны (фиг.3) Подвижная часть 15 датчика установ лена на шпинделе 2 в угловом подоя внии, соответствующем определенной точке, которая должна остановиться у заданного положения. Неподвижная часть 16 датчика установлена в таком положении, которое соответствует заданному.Первый двухпозиционный переключатель 17 (фиг. 1) снабженприводом подвижного контакта для перемещения 40 его из одного положения в другое посредством сигнала задания ориентации СРС от блока 3 задания режимов.В.состав блока 18 управления положением шпинделя входит схема 19 генерирования сигнала совпадения 1 ИРОБ в случае, когда действительная скорость ВЧ падает до нуля, а сигнал задания ориентации СРС равен "1", усилитель 20 для усиления сигнала позиционного 0. отклонения 3 РП, дополнительный двух-, позиционный переключатель 21 с приводом подвижного контакта, делительная схема 22, триггер 23, синтезатор 24 сигнала и источник 25 постоянного ыапряжения. Делительная схема 22 служит для восприятия напряжения обнаруже- . ния Ю 5 от датчика 14 положения шпин 226 4деля и постоянных напряжения +Чр, -Ч и предназначена для сравнения величины напряжения обнаружения Ю с уровнями напряжений +Чр, -Ч. Делительная схема 22 служит для выработки импульса Р при превышении напряжением обнаружения Р 05 напряжения +Ч и импульса Р при уменьшении напряжения обнаружения Ю б ниже напряжения -ЧР. Кроме того, делительная схема 22 слу жит для подачи импульсов Ря, Рв на соответствующие выводы запуска и сброса триггера 23, который запускается импульсом Ря и сбрасывается на ноль импульсом Р , Триггер 23 служит для выработки сигнала ГР 5 (фиг, 4).Синтезатор 24 сигнала служит для восприятия постоянного напряжения Чс от источника 25 постоянного напряжения и напряжения обнаружения РЭ 5 и приспособлен для выдачи сигнала РЭ 5 в случае, когда на входе триггера сигнал Г Р 5 равен "1", и постоянного напряжения Ч, когда сигнал РГб равен "0", Итак, результирующий выходной сигнал синтезатора 24 сигнала является сигналом позиционного отклонения 8 Р 0 (фиг. 4). Устройство для останова шпинделя в заданном положении работает следую щим образом.При вращении шпинделя (первый двухпозиционный переключатель 17 сое. динен, как показано на фиг. 1,. с сумматором 5) на выходе сумматора возникает разностное напряжение между сигналом заданной скорости СМ и сигналом действительной скорости О ,Это разностное напряжение прикладыва. ется через фазокомпенсирующую схему 6 к схеме 7 преобразования напряжения в фазу. Схема 7 преобразования напряжения в фазу управляет углами зажигания тиристоров.в тиристорной схеме 8 в соответствии. с величиной и полярностью разностного напряжения, меняя тем самым приложенное к двигателю 9 постоянного тока напряжение таким образом, что действительная скорость двигателя В 7 приводится в совпадение с заданной скоростью СЧ; Действие системы продолжается аналогично, в результате двигатель 9 постоянного тока вращается с заданной скоростью. Блок 4 управления скорос. тью, двигателя 9 постоянного тока, датчик 10 скорости образуют систему,1165226 управления скоростью с обратной связью.При завершении механической обработки детали и при необходимости смены инструмента от блока 3 задания рабочего режима поступает сигнал задания ориентации СРС в момент времени(фиг. 5). В результате сигнал заданной скорости С 1 от блока 1 задания скорости шпинделя 2 умень О шится до нуля, действительная скорость шпинделя А 1 начнет падать (фиг. 5). Тогда в какой-либо заданный момент времени, например 1, когда действительная скорость 4 до стигает некоторого значения Ч, блок 3 задания рабочего режима переключит первый двухпозиционный переключатель 17 в другое положение, вызывая тем самым работу системы управления по ложением с обратной связью.На выходе сумматора 5 будет разностное напряжение между сигналом позиционного отклоненияГБ и сигналом действительной скорости Й , скоростьдвигателя 9 постоянного тока будет регулироваться до уменьшения разностного напряжения до нуля примерно таким же образом, что был описан в связи с контуром управления по скорости. 30 На фиг, 5 заштрихована та часть сигнала позиционного отклонения 2 РР, что поступает на сумматор 5 с момента времени 1. Напряжение сигнала позиционного отклоненияРЭначинает падатьз одновременно с действительной скоростью 1, когда подвижная часть 15 датчика 14 положения шпинделя 2 приближается к неподвижной части 16 датчика. Хотя в момент времени С подвиж ная часть 15 противостоит неподвижной части 16, ввиду значительного момента инерции двигателя 9 подвижная часть 15 проходит чуть за пределы неподвижной части 16, которая располагается 45 в заданнбм положении останова. В этот момент времени напряжение сигнала позиционного отклонения 893 отрицательно, в. результате направление вра щения двигателя 9 меняется и подвиж ная часть 15 датчика 14 положения шпинделя 2 возвращается к положению против неподвижной части 16. Подвижная часть 15 встает неподвижно в положение против неподвижной части у116 датчика, тем самым завершается операция управления по останову шпинделя в заданном положении. 6Когда двигатель 9 останавливается, схема 19 генерирования сигнала совпадения обнаруживает, что сигнал дей ствительной скорости А упал до нуля вольт. Как только это произойдет, схема 19 генерирует сигнал совпадения положения 1 МРОЯ, переключает дополнительный двухпозиционный переключатель 21 для увеличения коэффици ента усиления фазокомпенсирующей схе. мы 6. Именно эта операция увеличивает коэффициент усиления контура управления по положению.Операция управления ориентацией начинается при вращении шпинделя и заканчивается при нахождении шпинделя в неподвижном состоянии. Управление ориентацией шпинделя в случае, . когда он неподвюкен, выполняется почти так же, как и после момента времени 1 (фиг.5). А именно, если при генерации сигнала заданной ориентации СРС ориентация шпинделя 2 совпадает с той, что изображена на фиг.б, то шпиндель поворачивается в направлении стрелки и переходит в состоя-, ние неподвижности, когда подвижная часть 15 противостоит неподвижной части 16.На фиг. 7 представлена зависимость между напряжением сигнала позиционного отклонения 6 РР и углом позиционного отклонения в системе управления положением . Непрерывной линией изображен случай малого коэффициента усиления, пунктирной линией - большого коэффициента усиления, т.е. чем боль. ше коэффициент усиления, тем больше величина напряжения сигнала 091) и, следовательно, больше ток (вращающий момент) якоря двигателя 9 постоянного тока. В результате повышается жесткость, с которой шпиндель удерживается в состоянии неподвижности.Данное устройство обеспечивает точную остановку шпинделя в заданном положении без применения механического тормоза и вращение шпинделя точно с заданной скоростью. Посредством уменьшения коэффициента усиления во время вращения шпинделя поддерживается стабильность и увеличения коэффициента усиления при нахождении шпинделя в неподвижном состоянии обеспечивается жесткость. Поэтому неподвижный шпиндель не проявляет тенденции к повороту поддействием внешней силыили эксцентричнойнагрузки.1165226 фд 1 б 2 Редактор О,Кол 4201/57 Тираж 83ВНИИПИ Государственнопо делам иэобретений113035, Москва, Ж,8 Нодписноего комитета СССРи открытийРауаская наб., д. 4/5 ак атентфг.ужгород, ул.Проект Составитель В.Майоровов Техред З.Палий ЕорректорВ,Вутяга