Способ автоматического управления рабочим органом станка и привод подачи станка

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (1 23 В 25/О АНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ ДЕТЕЛЬСТ личенирузкищую ве зад техно- бо вым ти п пи.таки няют влияние е- зона нечувствпогрешности и - нематической ости, зазорыления звеньетп 5 ил и зго цепи СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИИ(71) Одесский конструкторскологический институт по поршнекольцам(56) Авторское свидетельство СССРУ 1174165,кл. В 23 В 25/06, 1983,(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ СТАНКА И ПРИВОДПОДАЧИ СТАНКА(57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использованов станках с программным управлением,автоматических приборах и устройствах, например в приводе основногозеркала антенной системы радиотелескопа, а также в других машинах,имеющих автоматически управляемыеисполнительные механизмы для установки рабочего органа, Цель изобретния - повышение точности позиционирования рабочего органа за счет уве я вторично прикладываемой наг" напостоянную величину, учитываю-, личину рассогласования между анной и текущей координатами рачего органа и податливость кинемаческой цепи. Отработку заданного еремещения осуществляют в два этапа. На первом этапе к рабочему органу прикладывают нагрузку, пропорциональную рассогласованию, При достижении сигналом рассогласования либо постоянного значения, либо наперед задан-. ной величины рабочий орган фиксируют, после чего вторично прикладывают нагрузку, пропорциональную рассогласованию, увеличивая ее на постоянную аФ величину, определяемую из соотношения Р = 8/е, где Р- дополнительная нагрузка; 3 - величина рассогласования в момент фиксации рабочего органа; е - податливость кинематической це В результате устрах нелинейностей какИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано встанках преимущественно с программным управлением, автоматическихприборах и установках, например вприводе основного зеркала антеннойсистемы радиотелескопа, а также вдругих машинах, имеющих автоматически управляемые исполнительные механизмы .для точной установки (позиционирования) рабочего органаЦель изобретения в ;повышение точности позиционирования рабочего органа за счет увеличения вторичноприкладываемой нагрузки на постоянную величину, учитывающую величинурассогласования между заданной итекущей координатами рабочего органа, и податливость кинематической Оцепи.На фиг.1 изображен график, поясняющий осуществление способа; на фиг.2 -схема привода; на фиг,3 - блок-схема формирователя дополнительного 5усилия и логической схемы при ихаппаратной реализации; на фиг.чграфик временных диаграмм преобразования рассогласования между заданнойи текущей координатами рабочего органа; на фиг,5 - блок-схема алгоритма формирователя и логической схемыпри их программной реализации,График, изображенный на фиг.1,показывает зависимость перемещениярабочего органа от прикладываемого кнему усилия,Пусть задано перемещение в координату Х=Х,. Отработку задания осуществляют в два этапа. На первом 40этапе к рабочему органу прикладываютнагрузку Р=Р (на графике не показана),В результате рабочий орган начинаетперемещаться и, например, останавливается в точке 1 с координатой Х=ХИз-за наличия зоны нечувствительности дальнейшее перемещение в точку 2с координатой Х=Х, невозможно.формальные признаки окончания первого этапа - либо постоянство сигнала рассогласования, либо достижениеим некоторого наперед заданногозначения, Для позиционирования в точку(Х= с ) рабочий орган фиксируют,после чего вторично прикладывают кнему нагрузку Р=Р,Р, величина которойна графике отмечейа точкой 3, Упомянутая нагрузка деформирует кинематическую цепь. Величину (отрезок 1,3) нагрузки Ропределяют из соотношения:гце 1: = 1(см,фиг,) " некоторый определенный коэффициент усиления.Таким образом, отрезок 3,2 - график 4 изменения нагрузки, приложенной к рабочему органу, при его перемещении из точки 1 в направлении точки 2.Однако, вследствие увеличения деформации кинематической цепи ее сопротивление возрастает, При линейной зависимости сопротивления кинемати.ческой цепи от деформации ее величину сопротивления определяют иэ ссотношения:Р с где Р - величина сопротивления киснематической цепи;величина деформации кинематической цепи;е - податливость кинематическойцепиИз графика фиг,1 - = 1 у. Тогдаеотрезок 1,5 - есть график б изменения сопротивления кинематической цепи оГрафики ч и б пересекаются в точке 5, вследствие чего рабочий орган может переместиться на величину 8,Для перемещения рабочего органа в точку 2 на втором этапе после фиксации рабочего органа вторично прикладываемую нагрузку увеличивают на постоянную величину Р, (отрезок точки 3,71 определяемую из соотношения:3,оп.Из фиг 1 видно, что в результатеграфики ч - изменения нагрузки нарабочий орган и б - сопротивлениякинематической цепи пересекаются вточке 8, абсцисса которой совпадает с координатой., в которую требовалось переместить рабочий орган,Значение Рв течение второгоэтапа отработки заданного перемещения должно оставаться постоянным,поскольку 1, для каждого заданияслучайно меняющаяся величина значение Рвыбирают при отработкекаждого задания заново,13409 Таким образом, точность отработки заданного перемещения определяется точностью выбора значения дополнительной нагрузки Р, .Устройство содержит рабочий орган 9, через винтовую пару 10 и 11 и муфту 12 соединенный с электроприводом 13, На корпусе устройства установлен тормозной механизм, выполненный, например в виде электромагнитной муф ты 14, которая через шестерни 15 и 16 кинематически связана с винтом 11. Суммарная податливость кинематической цепи, связывающей тормозной механизм с винтом 11, больше суммарной 15 податливости основной кинематической цепи.Устройство содержит также цепь обратной связи, состоящую из задат,чика 17 и датчика 18 положения рабо чего органа, выполненного, например, в виде линейного индуктосина. Выходы задатчика и датчика соединены с блоком 19 рассогласования, который в свою очередь подключен, к логической схеме 20, Два выхода последней через усилители 21,22 подключены к электро- приводу 13. Коэффициент усиления усилителя 22 больше, чем коэффициент усиления усилителя 21, Третий выход 20 30 подключен к муфте 14.Устройство снабжено Формирователем 23 дополнительного усилия, первый вход которого соединен с вторым выходом схемы 20, второй вход - с чет вертым выходом схемы 20, а выход - с вторым усилителем 22. Логическая схема 20 и формирователь 23 могут быть выполнены как аппаратно, так и программно. На фиг,З показан один из воз можных вариантов их аппаратной реализации. Схема 20.содержит два параллельно установленных пороговых элемента 24,25 с отрицанием, причем элемент 24 настроен на сигнал высокого 45 уровня, а элемент 25 - на сигнал низкого уровня. Элементы 24,25 соединены с элементами НЕ 26 и 27 и элементами И 28, 50 29. Элемент 28 соединен с ключом 30.а элемент 29 с ключом 31 ичерез элемент 32 задержки времени с ключом 33. Схема 20 содержит блок 34 питания муфты 14, Элемент 29 соединен также с 55формирователем 23,Последний содержит ключ 35, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 36, блок 37 памяти, цифроаналоговый 14 4преобразователь (ЦАП) 38, управляющий элемент 39 иблок 40 питания.Кроме того, Формирователь 23 содержит также цепь управления, состоящуюиз двух параллельно установленныхэлементов 41,42 задержки времени,соединенных с входами элемента И 43,Элементы 32 и 41 настроены на одинаковую задержку времени, а элемент 42 .на задержку большую, чем элементы 32и 41. Элемент 43 через элемент НЕ 44подключен к ключу 35. Цепь управления содержит также источник 45 стирающего сигнала, который через ключ46 подключен к блоку 37. Ключ 46 через элемент НЕ 47 параллельно с элементами 41, 42 соединен со схемой 20,Устройство работает следующимобразом,Перемещение рабочего органа 9контролирует индуктосин 18, выходнойсигнал которого в блоке 19 сравни-.вается с сигналом задатчика 17. Порезультатам сравнения формируетсясигнал рассогласования, который поступает на вход схемы 20 На Фиг,4 показаны временные диаграммы преобразования сигнала рассогласования,На фиг,4 диаграмма а, показан сигнал на выходе блока 19, диаграммасигнал на выходе формирователя23, а диаграмма а - сигнал на входе усилителя 22,В момент времени С,(фиг,4 диаграмма а )на вход схемы 20 (фиг.З)приходит сигнал, величина которогоравна цЭлемент 24 настроен на уровеньО , а элемент 25 - на уровень 0,Поскольку пороговые элементы 24,25с отрицанием, у них на выходе "0".На выходах элементов 26,27 - "1".В результате на выходе элемента 28 -"1", а на выходе элемента 29 - "0".Сигнал рассогласования через схему20 поступает на усилитель 21 и электропривод 13 приводит в движение рабочий орган 9 через .кинематическуюцепь 12, 11,10. При этом шестерни 15,16 проворачиваются свободно, муфта14 не работает.Вследствие перемещения рабочегооргана 9 сигнал рассогласованияуменьшается, Когда он достигнет уровня 0 - выключается элемент 24, Унего на выходе "0" сменяет "1". Следовательно,на выходе элемента 28 появляется "О", а на выходе элемента1340914 лию, которое необходимо приложить крабочему органу для точной отработкизаданного перемещения.Поскольку логическая схема 20 иформирователь 23 дополнительного усилия могут быть реализованы и программно, на фиг,5 представлена блок схема соответствующего алгоритма. 1.Включить 21. Перейти к п,2. 2. Записать в рабочую ячейку РО 1.РЙЕО координату рабочего органа в момент времени й 1 РО 1.ТЕК(СЦ . Перейти к п.3.3, Увеличить й на 1, Перейти к п,4,4, Проверить равенство координат: вР 01.РЙЕО и РОТЕК(й): если "Да", перейти к п.5; если "Нет", перейти к п.2.5, Включить 14, Перейти к п.б, б,Выключить 21, Перейти к п.7, 7, Запись в 37 значение 3 , Перейти кп. 8. 8, Включить 39, Перейти к п.9.9. Включить 22, Перейти к п.10,1 О, Записать в Р 01.РЙЕО координатуР 01.ТЕК 1,г.). Перейти к п,11, 11, Увеличить 1 на 1 Перейти к п,12. 2.Проверить равенство координат: вРОРЙЕО и Р 01.ТЕК(1): если "Да" перейти к п,13; если "нет", перейти кп.10. 13, Включить прижим рабочегооргана к направляюшим, Перейти кп.14, 14, Выключить 14, Перейти кп,15, 15. Выключить 22, Перейти к п.16, 16, Записать в 37 нуль Перейтик п.17, 17, Конец,Формула изобретения 1Способ автоматического управления рабочим органом станка, по которому к рабочему органу прикладывают нагрузку пропорционально рассогласованию между заданной и текущей координатами рабочего органа, контролируют величину этого рассогласования и при достижении ею заданной величины фиксируют рабочий орган и к нему вторично прикладывают нагрузку пропорционально рассогласованиюо т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности позиционирования, вторично прикладываемую к рабочему органу нагрузку увеличивают на постоянную величину, определяемую из соотношения Р93Аоп е 55Таким образом, наличие формирователя 23 обеспечивает получение на входе усилителя 22 сигнала (Фиг,4, диаграмма 1 ) пропорционального уси 29 - "1". Срабатывает ключ 31, включая муфту 14, Последняя фиксирует(зажимает) всю кинематическую цепь(Фиг.2), шестерни 15 и 16, винтовуюпару 11 и 10 и рабочий орган 9, 5Благодаря элементу 32 ключ 33срабатывает после включения муфты 14,Поскольку элементы 32 и 41 настроеныодинаково, а элемент 42 на большеевремя, то на выход элемента 41 "1" 10приходит раньше, чем на выход элемента 42.В промежуток времени, когда навыходах элементов 41,42 соответственно "1" и "0", на выходе элемента 43 - 15"0", а на выходе элемента 44, т,е,на ключе 35 "1". В указанный промежуток времени сигнал рассогласованияиз блока 19 проходит в АЦП 36, записывается в память 37, преобразуется 20в ЦАП 38 и подается на управляющийэлемент 39, который пропускает от блока 40 питания сигнал пропорциональныйсигналу рассогласования в момент времени , (фиг,4, диаграмма о ) . Послепрохождения "1" через элемент 42 навыходе элемента 43 появляется "1", ана выходе элемента 44, т,е, на ключе35, "0", Таким образом, в промежутке времени С,С(фиг,4, диаграммаЗОа, 5 ) на выходе формирователя 23 получают постоянный сигнал, пропорциональный оо, , На вход усилителя 22поступает в указанный промежуток времени два сигнала, показанные на 35диаграммах о,5 фиг,4, Поэтому привод 13 развивает усилие, пропорциональное сигналу, показанному на диаграмме 6 Фиг.4. Указанное выше распределение податливостей кинематической 40цепи позволяет рабочему. органу отраба.тывать задание,При уменьшении сигнала рассогласования до уровня 0 для сохранениядостигнутого результата вначале включается механизм (не показан), прижимающий рабочий орган, например к направляющим, затем, вследствие появления "нулей" на элементах 28,29, отключается муфта 14. Появляется "0" ина элементе 47, на его выходе - "1".Ключ 46 пропускает в блок 37 памятистирающий сигнал, Отключается усилитель 22,где Р,- дополнительная нагрузка;величина рассогласования вмомент Фиксации рабочегооргана;3. Привод по п.2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что формирователь дополнительного усилия снабжен двумя цепями, основной и управляющей, с тремя входами, при этом вход основной цепи подключен к одному из выходов логической схемы, а выход -15 20 6 - податливость кинематическойцепи,2, Привод подачи станка по авт.св. Р 1114165, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности позиционирования рабочего органа станка, цепь обратной связиснабжена формирователем дополнительного усилия с двумя входами, подключенными к выходу логической схемы,и выходом, подключенным к второмуусилителю . к второму усилителю, три вход управляющей цепи параллельно соединеныс другим выходом логической схемы,причем основная цепь содержит последовательно соединенные ключ, аналого-цифровой преобразователь, блокпамяти и управляющий элемент, подключенный к блоку питания, а управляющая цепь содержит два параллельно подключенных элемента задержки,элемент И, подключенный к выходамэлемента задержки, элемент НЕ, выход которого подключен к входу основной цепи, и последовательно включенные второй элемент НЕ, ключ, выходкоторого подключен к блоку памятиосновной цепи, и источник стирающегосигнала, подключенный к ключу, а входвторого элемента НЕ подключен к выходу логической схемы,1340914 оставитель В,Жигано ехред М.Ходанич ректор Г. Решетни едактор М,Товт Заказ 4384/16 Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгор роек тная Тираж 974 ВНИИПИ Государст по делам изобр 035, Москва, Женног тений Рауш Подпис комитета СССР открытий ая наб., д,4/5