Система адаптивного управления металлорежущим станком

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфккв СфеетсинхСфцнавктнческикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61)Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено Об,05,81(21) 3287 б 04/18-24 И 1 М.КП. С 05 В 19/39 с присоединением заявки Но Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088,8) Опубликовано 15.02.83. Бюллетень М б Дата опубликования описания 15,02,83 о тяжелых и Фрезерных станк 4) СИСТЕМА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУ 1 ЯИМ СТАНКОМт изменят апазоне, максимал Изобретение относится к автомати. зации обработки на металлорежущихстанках, в частности к системам адаптивного управления уровнем вибрацийи загрузки главного привода.Известна система адаптивного управления с ограничением уровня вибраций путем регулирования подачи, содержащая контур .стабилизации мощности резания и контур гашения уровня.вибраций, состоящий из последовательного включения датчика колебаний,усилителя, полосовых Фильтров, детекторов первого блока сравнения втоР Р1рого блока сравнения, подключенногок выходу эадатчика допустимой амплитуды колебаний, релейного звена,подключенного к входу первого Формирователя импульсов и к третьему. входу элемента сравнения контура стабилизации мощности, а также реверсивныйсчетчик, прямые выходы которого подключены через циФро-аналоговый преобразователь к четвертому входу эле.мента сравнения контура стабилизациимощности, инверсные выходы - черезэлемент Й-НЕ и элемент времени квходу второго Формирователя импуль-.сов, а суммирующий и вычитающий входы подключены соответственно к выхо дам первого и второго Формирователейи через элемент ИЛИ - к дополнительному входу элемента времени 11 .Недостатком этого устройства является некоторое снижение производительности из-за уменьшения величины подачи при гашении вибраций.Наиболее близкой к изобретениюявляется система адаптивного управления металлорежущим станком, содержащая последовательно соединенныепервый блок гашения вибраций и блокстабилизации мощности резания, подключенный вторым и третьим входомсоответственно к первому и второмувыходам второго блока гашениявибраций, первым и вторым выходом - к объекту управления, а четвертым входомк первому выходу объекта управления,второй выход которого подключен кпервому входу первого блока гашениявибраций (2),Однако известная система характеризуется ограниченными возможностями автоматического уменьшения уровня вибраций изменением скорости резания, так как скорость резания може ься только в некоторомди ограниченном минимальнойи ьной скоростями резания, 996997О - задающее напряжение, про о О порциональное заданйой мощности резания,.;ь" ввбХ напряжения, пропорциональные текущей и максимально возможной подаче фчисло зубьев Фрезы текущая скорость резания; О, - задающее напряжение, пропорциональное задаваемой оп.имальной скорости рез сия,допустимыми из условия обеспечениятребуемой стойкости инструмента, Поэтой причине могут возникать режимы,когда скорость резания достигаетуровня ограничения по максимуму илиминимуму, а вибрации еще не уменьшились до допустимого уровня. В этихслучаях автоматическое гашение вибра.ций станка не обеспечивается, станокотключается, чем несколько снижаетсяпроизводительность обработки.Цель изобретения - повышение быст.родействия и устранение вибраций.Цель достигается тем, что система содержит первый компаратор, первый ключ и последовательно соединенные задатчик ограничений скоростирезания, второй компаратор, элементИ, формирователь импульсов, триггери второй ключ, подключенный выходомк входу второго блока гашения вибраций, а вторым входом - к второму выходу первого блока гашения вибрацийи второму входу первого ключа, второй вход которого соединен с вторымвыходом триггера, а выход - с вторымвходом первого блока гашения вибраций, подключенного третьим входомк первому выходу задатчика ограниченной скорости резания, а четвертымвходом - к второму выходу задатчи- .ка ограничений скорости резания ик первому входу перво:о компаратора,выход которого подкл,чен к второмувходу элемента И, а второй входк второму входу компаратора и третьему выходу блока стабилизации мощности резания, третий выход второгоблока гашения вибраций подключен квторому входу формирователя импульсов,На фиг. 1 представлена функци-ональная схема системы, на фиг 2 О,д - статические характеристики объекта регулирования, на фиг. 3 - временные графики работы системы,На фигурах и в тексте описанияприняты следующие обозначения;Ь и и - текущая и допустимая амОплитуда вибраций,"И - мощность резания,О, О , О - напряжения, пропорциональ-.в 1 и ные текущему значению скорости и ограничениям ско-рости резания по минимумуи максимуму.5 Система содержит первый блок 1,гашения вибраций, блок 2 стабилизации мощности резания, второй блок 3гашения вибраций, первый компаратор4, первый ключ 5, задатчик 6 ограни чений скорости резания, второй компаратор 7, элемент И 8, формирователь 9 импульсов, триггер 10, втооойключ 11 и объект анулирования 12,Первый блок.1 гашения вибраций 1 представляет собой экстремальный контур гашения вибраций путем регулирования скорости резания и содержитпервое запоминающее устройство 13,логическое устройство 14, переключа тель 15, второе запоминающее устрой- .ство 16,командный генератор 17, реверсивный элемент 18, второй элементИ 19, пороговое устройство 20, задатчик 21 допустимого уровня вибраций,датчик 22 вибраций и первый сравнивающий элемент 23,Блок 2 стабилизации мощности реза.ния содержит эадатчик 24 начальной скорости, второй сравнивающий элемент 25, главный привод 26, задатчик 27 мощности резания, третий сравнивающий элемент 28, четвертый сравнивающий элемент 29, регулятор 30, при.. вод подачи 31, блок 32 ограниченияподачи, датчик 33 мощности.З Второй блок 3 гашения вибрацийпутем регулирования подачи содержитцифро-аналоговый преобразователь 34,реверсивный счетчик 35, элемент И-НЕ36, первый формирователь 37 импуль 40 сов, пороговый элемент 38, второйформи 1 звватель 39 импульсов, элементзадержки 40 и элемент ИЛИ 41,Алгоритм управления должен быть. следующим,азПредположим, при возникновениивибраций состояние объекта управле: ния характеризуется точкой 1 по статическим характеристикам на Фиг. 2 а,О . Система управления при этом припомощи блока .1 регулированием скорости резания стремится обеспечитьусловие 6 с Ьр и выходит на ограничение скорости резания по максимумуЧ Ч(точка 2 на фиг. 2 а).. В этом случае должен включитьсяблок 3 гашения вибраций регулированием подачи, Путем снижения подачисистема обеспечивает условие ИЬр(точка 3 на фиг. 2 а,о ). Скорость60 резания теперь должна стремитьсяк своему начальному значению У - ЧоПри уменьшении скорости резания довеличины У 1 опять возникают вибрациибольше допустимого уровня пр(точка 4б 5 на фиг. 2 а,о ), но соответствующимснижением подачи до величины 5 (точка 5) они снижаются,Система управления поддерживаетрежим резания с параметрами: Ч а Чд,5 ы 5, Ь с Ь до тех пор, пока непройден вибронеустойчивый участок.После его прохождения (например,вследствие уменьшения припуска обработки) состояние объекта характеризуется точкой б на фиг, 2 а, К . Система управления повиаает подачу дотредуемой величины,при которой стабилизируемая мощность равна первоначально заданной ййо (точка 7 нафиг. 2 а,). Затем система управления должна вернуться в исходное состояние и при следующем возникновении вибраций больше допустимого уровня обеспечивать нх снижение регулированием скорости резания.В соответствии с изложенным алгоритмом построена функциональная схема системы адаптивного управления(фиг. 1).Система работает следующим образом.При подаче питания на устройствотриггер 10 специальной схемой (нафиг. 1 не показана) устанавливаетсяв нулевое состояние, при этом ключ11 замкнут, ключ 5 разомкнут, и блок1 подготовлен к работе, Так как ключ5 разомкнут, то сигнал на выходе релейного звена 38 и на втором входеблока 2 равен нулю, Реверсивный счетчик 35 также специальной схемой (нафиг. 1 не показана) при включениипитания устанавливается в нулевоесостояние, на выходе цифро-аналогового преобразователя 34 и на третьемвходе блока 2 стабилизации сигналравен нулю,Задатчиком 27 задается уставкамощности резания й щ й и блок 2регулированием подачи 5 стабилизирует мощность резания на заданном уровне й , В случае обработки без вибра,ц)й (точки 7 на фиг. 2 а,К ) ЬЬои пороговый элемент 20 через элементИ 19 блокирует реверсивный элемент18 и сигнал на третьем входе блока 2,так.же как и на первом и втором входах, равен нулю. При возникновениивибраций Ь ъ Ьо(точки 1 на фиг. 2 и 3и время по фиг, 3) срабатывает пороговый элемент 20 и через элемент 19сигнал поступаетна реверсивный элемент 18. Реверсивный элемент 18 формирует управляющее воздействие натретий вход блока 2 таким образом,чтобы происходило снижение вибрацийизменением скорости резания Ч (интервал времени- с по фиг, 3),При выходе на ограничение Ч е а Ч (точки 2 на фиг, 2 и 3 и время с, на фиг. 3) выходной сигнал компаратора 4 и элемента И 8 становятся равными нулю (ранее сигнал на выходе компаратора 4 и схемы И 8 был вследствие Оч ,О равен логическойединице "1"), чему соответствуеткакой-либо перепад потенциалов относительно общей шины схемы. Формирователь 9.формирует импульс, которыйпереводит триггер 10 в состояние "1",Прн этом ключ 11 размыкается, а ключ5 замыкается. В работу вступает блок3 гашения вибраций. Релейное звено38 подает на второй вход блока 2(О импульс, равный по амплитуде напряжению Ой на максимальной уставкемощности. Этот сигнал вычитается иэнапряжения О вследствие чего. опорное напряжение 0 а Ой - 0- ОЗ кон.й отура стабилизации на некоторое время5 становится равным нулю или обратногознака чем Он . Подача 5 спадает донуля и вибрации интенсивно уменьшаются (интервал времени й - й пофиг. 3).20 Одновременно реверсивный счетчик35 под действием по суммирующемувходу "+" импульса формирователя 37изменяет свое состояние и на выходецифро-.аналогового преобразователя 34появляется дискрета напряжения О= 0 ( (где К - число разрядов счетчика, которое вычитается из опорногонапряжения Ооп ),На выходе элемента И-НЕ 36 появЗо ляется уровень логической единицы"1", однако формирователь 9 не по"дает импульс на вход триггера 10,так как он срабатывает только от отрицательного перепада напряжерияна одном из его входов.После уменьшения вибраций доуровня Ь с Ь, сигнал на выходе,порогового элемента 38 становится равнымнулю, и опорное напряжение О блока2 восстанавливается до прежнего уров 10 ня эа вычетом одной дискреты цифроаналогового преобразователя 34, т.е.0 ; - Ой-ЬО. Подача повышается доуровня, при котором мощность резанияравна йй - ьй, где, Ай дискрета45 уменьшения мощности, соответствующаядискрете ДО (момент времени й пофиг. 3),Вследствие того, что в течениевремени с - с 4, ключ 11 разомкнут,уо управляющее воздействие сэлементаИ 19 на вход реверсивного элемента18 не поступает, и выходное напряжение элемента 18 уменьшается по апериодическому эакьну. На соответствукицую величину уменьшается и скоростьрезания, которая в момент раэмыкания ключа 11 Ч в Чщд.Как видно из фиг. 2 и 3, в точке4 и в момент времени 4 вибрациивновь превнаают допустимый уровень60 0 . Тогда снова повторяется описаинйй процесс гашения вибраций, т.в.с порогового элемента 38 на первыйвход блока 2 поступает сигнал, напряжение Ощ,уменьшается до нуля,б 5 уменьшается до нуля подача 5 и т.д.После каждого изменения состоянияреверсивного счетчика 35 элемент задержки 40 начинает отсчет выдержки,времени дс с нулевыми начальными условиями. Установка начальных условийн элементе задержки времени 40 производится при каждом срабатывании формирователей 37 и 39 через схему ИЛИ41. При достижении выдержки времениформирователь 39 импульсов подаетна вычитающий вход "-" реверсивногосчетчика 35 импульс (момент временис), в результате чего на величинуЬО снижается выходное напряжение цийро-аналогового преобразователя 34,)носстанавливается опорное напряжейиеО , повышается подача 5 и мощностьрезания й - й,С момента времени с по фиг. 3(точка б по фиг. 2 и 3) причина возбуждения сильных вибраций при резании исчезает, и далее обработка идетс уставкой Ооп = Обои увеличеннойподачей, но и с и . Так как на входэлемента задержки 40 поступает управляющий,сигнал от элемента И-НЕ 36,то элемент 40 начинает отсчет выдерж-,ки времени Ьс, В момент времени с(см. Фиг, 3) формирователь 39 импульсон своим импульсом перебрасываетреверсивный счетчик 35 н исходноенулевое состояние, при этом элементИ-НЕ 36 отрицательным перепадом напряжения через формирователь 9 перебрасывает триггер 10 н исходное нулевое состояние, ключ 11 замыкается,ключ 5 размыкается и система подготовлена к следующему прохождениюучастка с нибронехстойчивым резанием(точка 7 по фиг. 2 и 3),3Аналогично рассмотренному происходит работа при ныходе на ограничениепо скорости резания Ч, (левый "склонхарактеристик на фиг. 26),Экономическая эффективность изоб.ретения заключается н исключении недопустимых режимов работы с вибрациями .больше допустимого уровня и,тем самым, в повышении надежностиработы станка и инструмента, а такжев повышении производительности обработки. Формула изобретенияСистема адаптивного управленияметаллорежущим станком, содержащаяпоследовательно соединенные первыйблок гашения вибраций и блок стабилизации мощности резания подключен-ный вторым и третьим нходом соответственно к первому и второму выходамвторого блока гашения вибраций, первым и вторым выходом - к объектууправления, а четвертым входом -к перному выходу объекта управления,второй выход которого подключен кпервому входу первого блока гашениявибраций, о т л и ч а ю щ а я с я 15 тем, чтос целью повышения быстродействия и устранения вибраций, онасодержит первый компаратор, первыйключ и последовательно соединенныезадатчик ограничений скорости реза О ния, второй компаратор, элемент И,формирователь импульсов, триггер ивторой ключ, подключенный выходомк входу второго блока гашения вибраций, а вторым входом - к второму выходу первого блока гашения вибрацийи второму входу первого ключа, второй вход которого соединен с вторымвыходом триггера, а выход - с вторымвходом первогоблока гашения вибраций, подключенного третьим входомк первому выходу задатчика ограничений скорости резания, а четвертымвходом - к второму выходу задатчикаограничений скорости резания и кпервому входу перного компаратора,выход которого подключен к второмувходу элемента И, а второй вход -к второму входу компаратора и третьему выходу блока стабилизации мощнос.ти резания, третий выход второго бло;40 ка гашения вибраций подключен к второму Воду формирователя импульсов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 684513, кл, С 05 В 19/38, 1977.2. Авторское свидетельство СССРР 815715, кл, 0 05 В 19/38, 1979996997 Составитель В, НеФБандура Техред Т.фанта лак коррек Ред е Филиал ППН "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 932/65 ВНИИП по 113035, Тираж 872Государственного комлам иэобретений и отосква, Ж, Раушска Подписета СССРытийнаб., д. 4/5