Привод ориентации шпинделя металлорежущего станка

(51) 4 С 05 В 1 4-24 21) 3771642/ 22) 1807,84 46) 30.06.86 71) Всесоюзн расного Знам ельский, протехнологиче Бюл. Ф 24 й ордена Т ени научноектно-конст ский инстит удовогосследоваукторскийт релестр ния.П.Конев088.8)Брпйе 1 В.сЬйепва фирмы ВозсЬ. ФРСосонкин В.Л. Систго. управления станстроение, 1978,131-, 130,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(57) Изобретение относится к автоматике, в частности к следящим системам металлорежущих станков, Цельизобретения - повышение точности инадежности. При включении питающегонапряжения с выхода генератора поступают импульсы, на выходах счетчикаделителя код увеличивается до И= М - 1, На выходах усилителя образуются синусоидальные сигналы, поступающие на статорные обмотки датчикаположения, на выходе его роторной обмотки появляется сигнал, На выходе фильтра-формирователя появляется им-.пульс, поступающий на вход фазового дискриминатора; на другой его вход поступает импульс с формирователя.Сигнал на выходе фазового дискриминатора пропорционален временному интервалу между импульсами на его входе.В режиме регулирования скорости ключ К. замкнут. Замыкая ключи К, .), К или Кц, регулятором скорости РСизменяют Б) от 0 до максимума и регулируют скорость двигателя. При подаче команды "Ориентация. шпинделя" ключом Кщ- обеспечивают на выходеблока задания сигнал "1".,Сигнал 11, .ф .исчезает, двигатель тормозится и при 11/1)0. / на выходе компаратора, Цф появится "1". Напряжение 1)У является Сфф сигналом обратной связи по углу вала двигателя, двигатель вращается в та- Я ком направлении, чтобы уменьшитьэтот сигнал; сигнал 1)у стремктся к О, а амплитуда занимает. положение, соответствующее его исходному. Изменяя ф код И, регулируют исходную точку положения шпинделя, Выбором Ио величи- ффффф ны О и коэффициента передачи фаэово- С го дискриминатора добиваются высокой )43 Ь точности ориентации шпинделя. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.40 1 12411Изобретение относится к автоматике, в частности к следящим системамметаллорежущих станков, и может.найти применение в различных системахрегулирования с цифровым управлением.5Целью изобретения является повышение точности и надежности,На Фиг. 1 показана схема привода;на фиг. 2 - схема блока управленияи схема фазового дискриминатора; нафиг. За - схема задатчика (на фиг.Зб,в и г - варианты выполнения усилителя); на фиг4 - диаграмма работыпривода.На Фиг, 1 обозначено: с и Ь - вы-ходы усилителя; П - выходное напряжение Фазового дискриминатора; Пнапряжение, задающее скорость вращения шпинделя; Пос - напряжение йа выходе тахогенератора; По - опорноенапряжение на входе компаратора;Ис - код счетчика-делителя; Нкод задание скорости, шпинделя.На фиг. 3 обозначено: Й,п -частота на выходе соответствующего.разряда счетчика-делителя, Оо ПЬ,П - напряжения на выходах усилитесля, М - код на выходе задатчика.Привод содержит генератор 1, счетчик-делитель 2 усилитель 3, датчикЭ30положения шпинделя 4, Фильтр-Формирователь 5, фазовый дискриминатор 6,усилитель мощности 7, двигатель 8,тахогенератор 9, компаратор 10, сумматор 11, блок управления 12, задатчик 13, формирователь 14, выходы 15, З 516 и 17 задатчика 13, выход 18 блокауправления 12, входы 19 и 20 фазово-,го дискриминатора 6, входы 21 и 22блока управления 12, входы 23 и 24формирователя 14.Фазовый дискриминагор 6 содержитэлементы ИЛИ-НЕ 25, П-триггеры 26Фильтр 27,Блок управления содержит Э-триггеры 28, ключ 29. Усилитель 3 наФиг. Зб содержит Фильтры 30, 31, усилители 32. Усилитель 3 на фиг. Зв содержит дешифраторы кодов 33, цифроаналоговые преобразователи 34, усилители мощности 35, Усилитель 3 на 50фиг. 3 г содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 36, усилители мощности 37.Блок управления 12 содержит резисторы 38, 38, 38 38 ключи 39,39, , 391, переключатели 40, 41, 552 фрегулятор скорости 42.Фазовый дискриминатор 6 содержит:.два Э-триггера 26, элемента ИЛИ 94 1НЕ 25 и Фильтр 27, выходное напряжение которого Цу = К 6 Т с учетом знака, .где д Т временной интервал междуФимпульсами 19 и 20 выходов фильтра- .формирователя 5 и Формирователя 14,При наличии сигнала единичного уровня. на выходе 18 ключа 29 на выходахэлементов ИЛИ-НЕ 25 сигналы нулевогоуровня и триггеры не переключаются,на их прямых выходах сигналы нулевогоуровня, д Т = О и Пу = О. Триггерыпереключаются при наличии сигнала нулевого уровня на выходе 18 ключа 29,причем переключается только одинтриггер, на С-вход которого поступает импульс первым.В качестве Формирователя 14 можетбыть использована любая известная.схема, например дифференцирующая КСцепь, включенная на выходе сумматора11 и обеспечивающая формированиеимпульса единичного уровня с длительностью ,( 1/Й при изменении сигна-ла на выходе сумматора 11 с ".О" на1В качестве датчика положения используется вращающийся трансформатор( ВТ , ВТИ , СКВТ и др ) с числом парполюсов 2 р = 1Принципиально можетбыть использован сельсин , при этомнужно только изменить усилитель 3 ,который в этом случае должен об еспечивать на выходе сигналы Пп,з дпЯг:,сдвинутые друг относительно друга на27/3 эл. град.Блок управления 12 содержит Р-триггер 28 и ключ, 29, на выходе .18 которого появляется разрешающий сигналнулевого уровня только при наличиина выходе 16 задатчика 13 и выходекомпаратора 10 сигналов единичногоуровня. Уровень сигнала на выходе 16задатчика 13 определяется положениемключа 39 щ-, Когда ключ замкнут, навыходе 16 - "О", ключ 39 разомкнут, на выходе 16 - "1".Уровень сигнала на выходе компаратора 10 зависит от модуля величинынапряжения Пе, При По ) /Пс,/ навыходе .компаратора - "1",Задатчик 13 содержит: ключи 39,39 , , 39 , с помощью которыхзадается код И в двоичном коде:ключи замкнуты, И, = О, ключи разомкнуты, Б = 2, ключ 39 е помощью которого задается режим работыпривода: ключ замкнут (на выходе16 - "0"), привод работает в режимерегулирования скорости, ключ 39 и-е.г 1241 разомкнут (на выходе 16 - "1"), привод переводится в следяюий режим, ключ 39), обеспечивающий отключение регулятора скорости 42 от источников задающего напряжения +Ц переключате-.5 лей 40 и 41, с помощью которых задается направление вращения двигателя 8.Функции задатчика 13 может выполнять любая система числового програмО много управления, В этом случае на выходе 15 устанавливается код И определяющий положение шпинделя от, носительно его нулевого положения, выбранного предварительно при уста- .г 5 новке датчика 4 на двигатель 8 или механизм (шпиндель), например, с помощью буферного регистра, на выходе 16 устанавливается "1" или "0" в зависимости от требуемого режима,ра боты привода и аналоговый сигнал на выходе 17 задатчика 13 в пределах от 0 до +Ц) определяющий скорость вращения шпинделя.Несколько вариантов практической 25 реализации усилителя 3 приведены на фиг. 3. В соответствии с фиг. Зб усилитель содержит первый фильтр 30, выделяющий первую гармонику из сигнала Гп, второй Фильтр 31 (или фа зосдвигающее устройство), обеспечивающий сдвиг выходного сигнала на угол Х/2 относительно выходного сигнала фильтра 30, и усилители мощности (тока или напряжения, определяются типом датчика) 32, на выходах ко-,35 торых получают два синусоидальных сигнала с частотойЦц = ц)зь.пйй = Цз 3.п(2 Яи,) с40Ц = Ц,соЫТ = цсоз(2 Ъйи)Ссо сдвигом 90 эл. град.усилитель по фиг, Зв содержит два дешифратора 33, два цифроаналоговых преобразователя 34, усилитель мощности 35. Дешифраторы 33 выполнены в виде двух матриц постояной памяти, в одну из которой записывается код синусоиды в пределах 2 М разрядностью Ис = 2 , а в другую - код косинусоиды в тех же пределах и той хй разрядности, При линейном увеличении кода Иг от 0 до 2 на выходах дешифратоИров 33 получают гармонические сигналы частотой 1 и ступенчатой формы, а 55 на выходах блоков 34 аналоговые сигналы синусоидальной формы, гармонический состав которых определяется 1944разрядностью дешифраторов 33 и ЦАП 34соответственно,Наиболее простая реализация усилителя 3 получается при питании датчика положения шпинделя 4 сигналамипрямоугольной формы. В этом случаена один из усилителей 37 подают сигнал прямоугольной Формы частотой Гча на вход второго усилителя 35 подают сигнал Гз с вьгхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ 36, на входы которогопоступают частотные сигналы К)ги Ги 1с п и п в . 1 выходов счетчика-делите-.ля 2 вида, представленного на фиг.Зд,В зависимости от выполнения усилителя 3 с выхода счетчика-делителя,2 используется либо частотный сигналг/Н с 7 (выход старшего разряда счетчика, схема по Фиг, Зб), либо25.частотные сигналы Йп и Гг-Ис макс(выходы и и п - 1 счетчика, схема пофиг, 3 г), или используются все выходы счетчика (схема по Фиг. Зв).Сигнал с генератора 1 представляет собой импульсы например, положительной полярности (определяется применяемый элементной базой) симметричной формы с постоянным периодомТ г = 1/йг. Сигналы .с выходов счетчи-ка-делителя 2 представляют частотныесигналы ГГ , .;., Йи частота которых равна соответственно: Й 4 =(1/2 ) ГГй, = (1/2) Егйгг = - ,г. (Фиг. Зд). Код на вы 12"ходе этого счетчика в момент временис определяется состоянием выходов= г йг где 0 4 с 1еп с( . ,А1 с матчрассмотрим работу привода. При включении питающего напряжения с выхода генератора 1 на вход счетчика-делителя 2 начинают поступать импульсьг частотой Е 4на его выходах код увеличивается до Бс = Н - 1, где И - информационная емкость счетчика-делителя 2. На выходах а и Ь усилителя 3 образуются синусоидальные сигналы, которые поступают на синусную и косинусную статорные обмотки.датчика положения шпинделя 4, на выходе роторной обмотки которого появляется сигналц= к О кап(2 Гки) к +13Формула изобретенияЗО 1. Привод ориентации шпинделя иеталлорежущего станка, содержащий усилитель, двигатель, последовательно соединенные датчик положения шпинделя, фильтр-формирователь, фазовый35 дискриминатор и усилитель мощности, а также генератор и счетчик-делитель, ротор датчика положения шпинделя кинематически связан о двигателем э. 40 о т л н ч а ю щ и й с,я тем, что, с целью повышения точности и надежности, привод содержит последовательдвигатель тормозится и при (Пас/( По появляется сигнал нулевого уровня на выходе 18, на вход привода посту- пает сигнал 0 и привод в следующем режиме со скоростью . Йчцн= По/Кос.5 с учетом, что 08К, (+БуУос.) приходит в заданное погюжение, определяемое кодом НзфУстройство является простым в тех нической реализации, высоконадежно, обладает высокой помехозащищенностьюУ так как фазовый сдвиг сигналов 19 и20, определяющий точку ориентациишпинделя, циклически повторяется с 15 частотой питания датчика положения шпинделя 4 (изменение кода счетчика- делителя 2 в случае помехи одновре.менно приводит к изменению фазы сигнала датчика 4), а угол-в пределах 0 2 У является абсолютным значением (абсолютная система измерения по сравнению со следящей системой с фотоимпульсным датчиком положения, в которой измерение положения шпинделя 25 является относительнык, что не требует запоминания положения шпинделяпри выключении питания)но соединенные тахогенератор, компа,ратор и блок управления, а также последовательно соединенные задатчик, сумматор и формирователь, выход которого подключен к второму входу фазового дискриминатора, третий вход которого соединен с выходом блока управления, второй вход которого подключен к выходу генератора, третий вход блока управления соединен с вторым выходом задатчика, третий выход которого подключен к. второму входу усилителя мощности, соединенного выходом с входом двигателя, третий вход усилителя мощности подключен к выходу тахогенератора, выхо-, ды счетчика-делителясоединены с вторыми входами сумматора и входами усилителя, выходы которого подключены к входам синусной и косинусной статорных обмоток датчика положения шпинделя, второй вход формирователя соединен с выходом старшего разряда счетчика-делителя, тахогенератор кинематически связан с двигателемУ вход задатчика является входом кода задания положения шпинделя.и режима работы привода, второй вход компаратора является входом опорного иапря; жения.2 Привод по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок управления содержит .последовательно соединенны -триггера и ключ, выход которого является выходом блока управления, Э-вх 3 -вход 3 -триггера является первым входом блока управления, С-вход - его вторым входои, а А -вход Р -триггера соединен с вторым входом ключа и является третьим входом блока управления.