Устройство для управления металлорежущими станками

(19 23 15 50 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ РАВЛЕНИЯ МЕТАЛправления ель изоби регулиныи институт.П ающую емого еменн СС 79 льств 5/00инстпреГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПЛОРЕЖУЩИМИ СТАНКАМИ(57) Изобретение касается уметаллорежущими станками. Цретения - повьшение точнострования. Устройство содержитрегулирования силового парампроцесса резания и дополнителцепь регулирования, обеспечивуменьшение колебаний регулирупараметра вследствие кратковуменьшений нагрузки на режущирумент при обработке, напримрывистых поверхностей. 4 ил.Изобретение относится к управлению металлорежущими станками и можетбыть использовано для регулированиятемпературно-силовых параметров процесса резания на токарных, фрезерных.шлифовальных и других типах металлорежущих станков.Целью изобретения является повышение точности регулирования за счетуменьшения влияния колебании нагрузЮки на систему регулирования.На Фиг.1 изображена блок-схемаустройства; на Фиг,2 - электрическаясхема первого компаратора; на Фиг.3 электрическая схема второго компа 15ратора; на Фиг.4 - циклограмма работы устройства при обработке с переменной в течение одного оборота шпинделя нагрузкой.Устройство для управления металлорежущими станками содержит источник1 опорного сигнала, блок 2 сравнения,ключ 3, корректирующее устройство 4,привод 5 рабочего органа сигнала,датчик 6 регулируемого параметра,блок 7 деления, пиковый детектор 8,первый компаратор 9, второй компаратор 10, логический элемент ИЛИ 11,и задатчик 12 регулируемого параметра, причем источник 1 опорного сигна 30ла, блок 2 сравнения, клич 3, корректирующее устройство 4 и привод 5рабочего .органа станка соединеныпоследовательно, выход привода 5 рабочего органа станка соединен свходом объекта 13 управления, с выходом которого соединен вход датчика 6 регулируемого параметра, последовательно соединенный с блоком 7деления, второй вход которого сое 40динен с. выходом задагчика 12 регулируемого параметра, а выход - свторым входом блока 2 сравнения, первым входом компаратора 9 и входомпикового детектора 8, выход которо 45го соединен с вторым входом первогокомпаратора 9. Выход блока 2 сравнения соединен с входом второго компаратора О, выход которого соединенс первым входом логического элемента ИЛИ 11, второй вход которого соединен выходом первого компаратора 9,а выход - с управляющим входом ключа 3,Первый и второй компараторы 9 и10 могут быть выполнены, например,на основе серийных микроинтегральныхкомпараторов Схема первого компаратора 9 (фиг.2) выполнена на основе микро- интегрального компаратора 14 и содержит входной делитель напряжения Б выполненный на базе потенциометра 15 и включенного последовательно с потенциометром 15 источника 16 опорного напряжения, служашего для обеспечения установки сигнала логической "1" при нулевых сигналах на входах первого компаратора 9 (11:= 118= О) , Выходмикроинтегрального компаратора 14, являющийся выходом компаратора 9, соеди нен с первым входом логического элемента ИЛИ 11.Схема второго компаратора 10 (Фиг.31 выполнена на основе микроинтегрального компаратора 17, инвертирующий вход 18 которого соединен с выходом блока 2 сравнения, неинвертируищий вход - с общей точкой схемы, а выход - с вторым входом логического элемента ИЛИ 11.Устройство работает следующим образом.Во время холостого хода металло- режущего станка процесс резания отсутствует и значение Б регулируемого параметра, а следовательно, и выходные сигналы П , 11 и Ба соответственно датчика 6 регулируемого параметра, блока 7 деления и пикового детектора Я равны нулю.Компаратор 9 настроен таким образом, что сигнал на его выходе при-нимает значение логической 1 вслучае, когдаП.,118и сигнал логического 0, когда сМи (2) где с с 1 - коэффициент передачи, делителя напряжения на втором входе компаратора 9.При регулировании силовых параметров процесса резания оптимальное значение сС = 0,95, при этом погрешность стабилизации максимального за оборот значения силового параметра в установившемся режиме не превышает 2,5 Е при любой возможной на практике форме изменения нагрузки, например, вследствие колебания припуска за время одного оборота шпинделя, При регулировании температуры резания и небольших амплитудах ее колебания (меньших 10-20 заданного значения)(3) 6 б И) 3целесообразно среднее за оборот шпинделя значение температуры под - держивать равным заданному, а при амплитудах колебаний температуры больших 207. заданного среднее за оборот шпинделя значение необходимо уменьшать относительно заданного, что обеспечивается выбором Ы =0,8-0,85. Если первый компаратор 9 выполнен по схеме, изображенной на фиг.2, то коэффициент Ы устанавливается потенциометром 15. Напряжение Б источника 16 опорного напряжения, включенного последовательно с потенциометром 15, обеспечивает установку сигнала логической "1" при 0 = Б = = О. Абсолютное значение 0 на порядок меньше значений сигнала на выходе блока 7 деления в процессе резания и на порог срабатывания компаратора 9 практического влияния не оказывает.Выходной сигнал датчика 6 регулируеМого параметра определяется вы- ражением о где К - коэффициент передачи датчика 6 регулируемого параметра.Выходной сигнал 117 блока 7 деления определяется выражением 4Ключ 3 устроен так, что при сигнале логической "1" на его управляющем входе он замкнут, а при сигнале логического "О" разомкнут.До начала процесса резания (при нулевых значениях Б 7, Ба и У,з на участке 19-20 на фиг.4) сигнал Б с выхода блока 2 сравнения, равный сигналу Б поступает на информационный вход ключа 3. При Б = Уа = О на выходе первого компаратора 9, а следовательно, и на выходе элемента ИЛИ 11 устанавливается сигналлогической "1", которым ключ 3 замыкается, замыкая тем самья контур регулирования. При отсутствии процесса резания и замкнутом контуре регулирования сигнал Ц на выходе корректирующего устройства 4 будетвозрастать до своего максимальногозначения, увеличивая тем самым скорость П привода 5 рабочего органастанка. Сигнал 11 может быть ограничен на некотором уровне с тем, чтобы скорость У рабочего органа станка не превышала определенного значения.С началом процесса резания значение регулируемого параметра Б, становится больше нуля, а следовательно, сигналы Уб и 117 становятся также больше нуля.(5) Б П -0 И7Ц=К,: - -=К, --- 1- (4)ц 6 Кб Пъ2 (2 ) коэффициент передачи задатчика 12 регулируемогопараметра;заданное значение регулируемого параметра; 13КгК = --- коэффициент передачи блока 7 деления; П - выходной сигнал источника1 опорного сигнала.Сигнал на выходе блока 2 сравнения определяется выражением При УО на выходе второго компаратора 10 формируется сигнал логического "0", а при Б й О - сигнал логической . Из выражений (4) и (5) следует, что условие 11 с О выполняется при 013 - Ц 3 , а Цт ) О при У, П,. 35 40 45 Постоянная времени пикового детектора 8 при его заряде приблизительно на три порядка меньше, чем постоянная времени при его разряде, Поэтому выходной сигнал 0 пиковоВ го детектора 8 фактически повторяет сигнал Б при возрастании последнего и Фактически хранит максимальное значение сигнала Б при его уменьшении, разряжаясь медленно в течение десятков секунд.При возрастании сигнала У выпол 7 няется условие 117 11 а - с 11 а (6) и на выходе первого компаратора 9сохраняется сигнал логической "1"Ключ 3 замкнут.В качестве корректирующего устрой"ства 4 используется интегральное илипропорционально-интегральное звено.Поэтому напряжение У на его выходеи скорость У привода 5 рабочегооргана станка изменяются, когдазначение сигнала Уз на входе коррек 5 12тирующего устройства 4 не равно нулю.В случае обработки с равномернойв течение одного оборота шпинделянагрузкой или незначительными ееколебаниями, при которых амплитудаколебаний регулируемого параметране превышает (1-о) Ц где % м самплитудное значение регулируемогозначения регулируемого параметра,условие (1) будет всегда выполняться и на выходах первого компаратора9 и логического элемента ИЛИ 1 будут сформированы сигналы логическойи ключ 3 будет замкнут. Устройство при этом функционирует как обычная система стабилизации, поддерживая среднее за оборот шпинделя значение регулируемого параметра О, назаданном уровне,Если из-за резкого уменьшениянагрузки значение регулируемого параметра уменьшится и будет иметьместо неравенство (2), то на времяпока выполняется это неравенство,сигнал Ь на выходе компаратора 9будет иметь уровень логического "0".Если при этом 111 с 11, , то значение сигнала У ) 0 и, следовательно,сигнал ц, на выходе компаратора 10будет иметь уровень логического "0".В результате на выходе элементаИЛИ 1 также установится уровень логического 0". Ключ 3 размыкается,сигнал 11 становится равным нулю иизменение сигнала на выходе корректирующего устройства 4 прекращаетсядо тех пор, пока сигнал Б 8 не уменьшится из-за разряда пикового детектора 8 до значения 1Ц с118 - с 7При этом на выходе первого компаратора 9 и логического элемента ИЛИ 11 устанавлйвается сигнал логической "1". Ключ 3 замыкается, и устройство функционирует как система стабилизации.По окончании процесса резания (фиг,4) выполняется условие неравенства (2) и изменение сигнала 1 прекращается так же, как и при резком уменьшении нагрузки. После того, как пиковый детектор 8 разрядится до значения Б, (не показано) .близкого к нулю, на выходе первого компаратора 9 появляется сигнал логической "1", такой же сигнал устанавливается на98046 б 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 выходе логического элемента ИЛИ 11.Ключ 3 замыкается, сигнал О = Цпоступает на вход корректирующего устройства 4, которое увеличитсвой выходной сигнал до максимального уровня. При этом соответственновозрастает и скорость Г привода 5рабочего органа станка.Работа устройства в случае обработки с неравномерной в течениеодного оборота шпинделя нагрузкой,при которой в отдельные моменты времени выполняются условия неравенства (2), иллюстрируется циклограммой,изображенной на фиг.4, Здесь изображен случай, когда неравномерностьнагрузки вызвана радиальным биениемзаготовки при точении, При этом переменная составляющая регулируемогопараметра 11, близка к синусоиде спериодом, равным периоду вращенияшпинделя станка.На участке 19-20 (Фиг.4) изображено изменение регулируемого параметра Б, и выходных сигналов блоковустройства при врезании инструмента и заготовку. Брезание происходитв момент превьппения значением Б,нулевого значения,Моменты времени с 20-го по 49-й(фиг,4) относится к управляемому процессу обработки,В отрезки времени, в которые одновременно выполняются условия неравенств П, ) Ц 1(Б (О) и Бм. Из участки 20-21, 24-25, 29-30, 33-34, 3-44, 4 7-48 на фиг . 4), сигналы Ц 1 на выходе первого компаратора 9 и на выходе второго компаратора 10, а следовательно, и У на выходе логического элемента. ИЛИ 11 устанавливаются на уровне логической "1".Ключ 3 замкнут и сигнал 1 , равный отрицательному сигналу Б , поступает на вход корректирующего устройства 4. Ключ 3 замкнут и в отрезки времени, в которые выполняются условя неравенств Б,Б(Б с 0) и Б с К 11 участки (21-22,23-24), поскольку несмотря на то, что на выходе первого компаратора 9 устанавливается сигнал логического "О", на выходе логического элемента ИЛИ 11 устанавливается сигнал логической "1", так как на выходе второго компаратора 1 О устанавливается сигнал логической "1". В эти отрезки времени происходит уменьшение сигналаП 4 и, следовательно, скорости Бпривода 5 рабочего органа станка изначения регулируемого параметра.В отрезки времени, в которые одновременно выполняются условия 53 5 ) 02 О) и 07 07 Бр (участки 22 23 т 25 26 э 27 28 э 31 32 э 35 3637-38, 39-40, 4.1-42, 45-46, 48-49на фиг.4), на выходах компараторов9 и 1 О, а также на выходе логического элемента ИЛИ 11 устанавливаютсясигналы логического 0, ключ 3разомкнут и изменений сигнала П навыходе корректирующего устройства 415в эти отрезки времени не происходит,В отрезки времени, в которые одновременно выполняются условия неравенств Б с Ц,01 ) О) и Б 7 ( е 11(участки 19-20, 26-27, 36-37, 38-39,40-41 и правее точки 49 на фиг,4),несмотря на то, что сигнал Бю навыходе компаратора 10 установлен науровне логического "0", сигнал Бяна выходе логического элемента установлен на уровне логической "1",так как на таком же уровне установлен сигнал Б на выходе компаратора9. Ключ 3 разомкнут и сигнал Б 7,равный положительному сигналу Бпоступает на вход корректирующегоустройства 4, которое увеличиваетсвой выходной сигнал П до максимального уровня. При этом соответственно возрастает и скорость Б привода,5 рабочего органа станка,Алгоритм работы устройства сво=дится к тому, чтобы в установившемсярежиме среднее за оборот шпинделязначение сигнала на входе корректи 40рующего устройства было равно О.При этом, если значение коэффициента М, близко к 1, то в установившемся режиме максимальное за оборотшпинделя значение регулируемого параметра будет стремиться к заданному45Рчтец Б,э, ) . Поэтому при регулировании силовых параметров, когда необходимо максимальное за оборотшпинделя значение регулируемого параметра поддерживать равным заданному,оптимальное значение 4,0,95.При регулировании температуры резания и колебаниях нагрузки в течение одного оборота шпинделя, при которых амплитуда колебаний температуры. резания не превышает 207 ее амплитудного значения, среднее за оборот шпинделя значение температуры необходимо поддерживать равным заданному. Если же амплитуда колебаний температуры превышает 207. амплитудного значения, то среднее за оборот шпинцеля значение температуры необходимо уменьшить относительно заданного. Это обеспечивается, если коэффициент М = 0,8-0,85. В случае обработки с прямоугольной формой изменения нагрузки в течение одного оборота шпинделя (например, прерывистое резание) устройство в соответствии с приведенным описанием его работы будет стабилизировать максимальное за Оборот шпинделя значение регу;ннруемогд параметра на заданно: уровне т".рн любом Отношении времени реззння к Времени ОднОгО оборота шпинделя.Формула и з о б р е т е н и яУстройство для управления металлорежущими станками, содержащееисточник опорного сигнала, соединенный с блоком сравнения, задатчикрегулируемого параметра, последовательно соединенные датчик регулируемогт параметра, блок деления, подключенный к блоку сравнения, и последовательно соединенные корректирующее устройство и привод рабочего органа станка, причем выход задатчика регулируемого параметра соединен с вторым входом блока деления,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности регулирования, в него введены ключ, первыйи второй компараторы, логическийэлемент ИЛИ и пиковый детектор,причем вход пикового детектора ипервый вход первого компаратора соединены с выходом блока деления, выход пикового детектора соединен свторым входом первого компаратора,первый вход логического элемента ИЛИсоединен с выходом первого компаратора, второй вход - с выходом второго компаратора, а выход - с управляющим входом ключа, вход второго компаратора и информационный вход ключасоединены .с выходом блока сравнения,а выход ключа - с входом корректирующего устройства, 1 298046. 1.1 ек Корре 87ного комитета СС 6 Тираж СПИ Государстве делам изобрет 5, Москва, Ж