Копировальное следящее устройство для управления станком

(19) И 1) 3(5 0 05 В 19/40 НИЯ ( ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(прототип).3. Авторское свидетельство СССР,(54)(57) 1. КОПИРОВАЛЬНОЕ СЛЕДЯЩЕЕУСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СТАНКОМ,содержащее электроразрядный датчик,измерительный блок, коммутатор и длякаждой координаты управления управляемый генератор частоты, блок управления приводом по координатам,первый вход управляемого генераторачастоты подключен к соответствующемувыходу сумматора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности копирования устройства,В него введены задатчик напряжения,формирователь сигналов, направленияошибки слежения, блок защиты, реле иформирователь управляющих сигналов,первыми входами подключенный к первым выходам задатчика напряжений, вторым входом - к выходу измерительного блока и к первому входу блока защиты, первым выходом - к первому входу сумматора, вторым выходом - к управляющему входу коммутатора, выходы которого соединены с входами блоков управления приводами по коОрдинатам, а информационные входы через реле - с выходами управляемых генераторов частоты, вторые входы которых подключены к первому выходу блока защиты, сыоединенноговторым выходом с реле, а вторым входом - с вторым выходом задатчика напряжений, третий выход которого подключен к первому входу формирователя сигналов Е направления ошибки слежения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, а второй вход - с выходом измерительного блока.2. Устройства но п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок защиты Я содержит пороговый элемент, выполненный по схеме триггера Шмитта, соединенный через элемент задержки с выходом блока защиты, входы которого подключены к входам порогового элемента, выход которого соединен с первым выходом блока защиты.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано при изготовлениипрограмм для станков с программнымуправлением.Известно устройство для управления металлорежущим станком, исполь 1 ззующее копировальный прибор с тремядатчиками координат, сумматор, входыкоторого через контакты переключателяоплоскости копирования соединены свыходами датчиков координат, а выход через последовательно соединенныепреобразователь напряжения и первыйусилитель - с первым входом преобразователя напряжение - фаза, выход 15которого пбдключен к входам фазовыхдискриминаторов, содержащее ключ,второй усилитель, коммутатор и источник переменного напряжения с фиксированной фазой, выход которого через 20последовательно соединенные ключ иразмыкающий контакт коммутатора подключен к второму входу преобразователя напряжение -фаза, к которомучерез замыкающий контакт коммутатора подключен выход суммаТора, причемвыходы второго усилителя соединеныс выходами датчиков координат, авыход - к входу коммутатора. Приотносительном перемещении копира икопировального прибора в его датчиках вырабатываются сигналы, пропорциональные отклонению пальца изависящие от угла копирования,которые подаются на сумматор, гдепроизводится геометрическое суммирование сигналов, Фаза выходногонапряжения сумматора является функцией угла копирования, .а амплитудавыходного напряжения сумматора .пропорциональна отклонению пальца 40копировального прибора по нормалик поверхности копира. При отсутствииошибки копирования входной сигналпреобразователя напряжение - фазаимеет постоянную амплитуду, а фаза 45пропорциональна углу копирования.Далее выходной сигнал преобразователяпоступает на входы фазовых дискримийаторов, которые вырабатывают сигналдля управления приводами подач посоответствующим координатам. При отрыве пальца копировального прибораот копира выходное напряжение датчиков становится равным нулю и информация об относительном расположениикопира и копировального прибораио форме копира) теряется, В этомслучае необходимо автоматически останавливать ставок, чтобы исключитьпроизвольное движение его рабочихорганов, Обычно отрыв пальца от 6 Окопира происходит вследствие неправильного выбора режима или неисправности системы. Однако при изготовлении острых кромок штампов отрывпальца от копира неизбежен 1 . б 5 Недостатком данного устройства является потеря информации об относительном положении копира и копировального прибора (и о форме копира) при отрыве пальца от копира.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является следящая система для станков с программным управлением, использующая копировальный прибор и в каждом канале управления последовательно соединенные блок измерения, блок управления и привод, содержащая первый генератор импульсов, последовательно соединенные коммутатор и второй генератор импульсов и в каждом канале управления формирователь импульсов, причем вход первого генератора импульсов соединен с вторым выходом коммутатора и в каждом канале управления первый выход блока измерения подключен к первому входу формирователя импульсов и к соответствующему первому входу коммутатора, второй выход - к соответствующему второму входу коммутатора, второй вход формирователя импульсов соединен с выходом первого генератора импульсов, третий и четвертый входы - с третьим и четвертым выходами блока измерения, второй вход блока управления подсоединен к выходу второго генератора импульсов, а третий вход - к выходу формирователя импульсов другого канала, В следящей системе электродкопировального прибора выдает информацию.остепени приближения к поверхности копира в виде напряжения, линейно-зависящего от расстояния между: электродом копировального прибора и копиром.Это напряжение через коммутатор подается на генераторы импульсов, которые преобразуют входное напряжение блоков измерения в переменное напряжение с частотой, пропорциональной величине электроразрядного промежутка, которое затем подается на вход формирователей импульсов, где импульсы формируются по амплитуде, дли. тельности и полярности на основании команд, полученных от блока измерения и подаются в блоки управления, в которых на основании команд, полученных от блоков измерения, формируется сигнал на управление приводами по соответствующему режиму работы Г 21Недостатками известной системы являются наличие рывков приводов подач в момент переключения режима работы следящей системы прн обкатке острых углов и замкнутых контуров, обусловленных несовпадением частот переключаемых генераторов, приводящих к увеличению динамической погрешности, и потеря информации о форме копируемой поверхности в,случае отрыва электроразрядного дат-чика от копира.Цель изобретения - повышение точности копирования устройстьа.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для управления станком, содержащее электрораэрядный датчик, измерительный блок,коммутатор и для каждой координатыуправления управляемый генераторчастоты, блок управления приводом .10по координатам, первый вход управляемого генератора частоты подключенк соответствующему выходу сумматора.,введены задатчик напряжения, Формирователь сигналов направления ошибки слежения, блок защиты, реле иформирователь управляющих сигналов,первыми входами подключенныйкпервым выходам задатчика напряжений,вторым входом - к выходу измерительного блока и к первому входу блоказащиты, первым выходом - к первомувходу сумматора, вторым выходом - куправляющему входу коммутатора,выходы которого соединены с входамиблоков управления приводами по координатам, а информационные входычерез реле - с выходами управляемыхгенераторов частоты, вторые входыкоторых подключены к первому выходублока защиты, соединенного вторымвыходом с реле, а вторым входом -с вторым выходом эадатчика напряжений, третий выход которого подключенк первому входу Формирователя сигналов направления ошибки слежения, 35выход которого соединен с вторымвходом сумматора, а второй вход -с выходом измерительного блока.Кроме того, блок защиты содержитпороговый элемент, выполненный по 40схеме триггера Шмитта, соединенныйчерез элемент задержки с выходомблока защиты, входы которого подклкчены к входам порогового элемента,выход которого соединен с первымвыходом блока защиты.На Фиг. 1 изображена структурнаясхема предлагаемой следящей системы;на Фиг. 2 - пример обхода контуракопируемой поверхности; на фиг.Зструктурная схема блока защиты;на фиг. 4 - структурная схема формирователя управляющих сигналов;.на фиг. 5 - структурная схема анализатора входного воздействия; нафиг. 6 - структурная схема анализатора экстремальных значений; наФиг. 7 - формирование ошибки слежения в процессе копирования.функциональная схема устройствафиг. 1 содержит электрораэрядный 60датчик 1 копировального прибора,измерительный блок 2, формирователь3 сигнала направления ошибки слежения, эадатчик 4 напряжений, формирователь 5 управляющих сигналов, 65 сумматор 6, управляемые генераторы 7 и 8 частоты, реле 9, коммутатор 10, блок 11 управления приводами по координатам, в который входит блок импульсно-фазовых преобразователей 12 и 13 по координатам и и блок 14 тиристорных преобразователей, электроприводы подач стакана 15 и блок 16 защиты.формирователь 3 сигнала направления ошибки слежения образует канал точного слежения за величиной и напряжением ошибки слежения Я и выполнен в виде триггера Шмитта с двумя двухполярными выходами напряжения постоянного тока.формирователь 3 управляющих сигналов фиг. 4 образует канал слежения за величиной текущего угла копирования К и содержит анализатор 17 входного воздействия, первое реле 18, запоминающийблок 19, в который входит автогенератор 20, накопительный конденсатор 21, пороговый элемент 22, эмиттерный повторитель 23 и выходной конденсатор 24, анализатор 25 экстремальных значений, второе реле 26, реверсивиый счетчик 27, дешифратор 28 сигналов управления. Анализатор 7 входного воздействия Фиг. 5 содержит пороговые элементы 29 и 30, выполненные, например, по схеме триггера Шмнтта, и логические элементы И-НЕ 31 и 32. Анализатор экстремальных значений Фиг. 6 содержит пороговые элементы 33 и 34, выполненные по схеме триггера Шмитта, к формирова-, тели 35 и 36 счетных импульсов, выполненные по схеме одновибратора. Блок 16 защиты фиг. 3 содержит пороговый элемент 37, выполненный по схеме триггера Шмитта, и элемент 38 задержки.В предложенном устройстве функционируют Ц - выходное напряжение измерительного блока 2,пропорционально величине электроразрядного промежутка; 08 о - напряжение эадатчика 4 устанавливающее величину начального рассогласования 3; Ов н 0 ам - напряжения задатчика 4, устанавливающие точность слежения эа изменением величины ошибки слежения;0 и 0 зв;- напряжения задатчика 4, устанавливающие область ограничения экстремальных значений контролируемого параметра, т.е. величину угла копированияак, И- напряжение выхода решающего устройства, являющееся функцией текущего угла копирования; М - сигнал коммутатору 10 на переключение входов импульснофаэовых преобразователей 12 и 13 блока 11 управления приводами по координатам станка; Ое - напряжение задатчика 4, ограничивающее опасную зону работы злектрораэрядного датчика; )8 - напряжение, пропоруиональ-ное направлению ошибки слежения;О и ОЧ , 1 и 1 Ч, сух и ср -напряжение, частота и Фазовый сдвиг, пропорциональные величине текущего угла копированиями , а следователь но, скорости перемещения по коорди- натаМ Х и 1. Сумматор б выполнен в виде двух последовательно включенных операционных усилителей с противофазными выходными напряжениями 10и 0 Ч , т.е. если выходноенапряжение О у первого усилителя минимальное, то у второго 0 Ч максимальное.Копировальное следящее устройствь 15 для управления станком работает следующим образом. Электроразрядный датчик 1 копировального прибора, перемещаясь вдоль 20 копируемой поверхности на расстоянии, равном величине начального рассогласования хх , выдает информацию о степени приближения к поверхности копира через измерительный блок 2 на входы 25 Формирователя 3 сигнала направления ошибки слежения, формирователь 5 управляющих сигналов и блока 1 б защиты в виде напряжения постоянного тока 0 , пропорционального величине электроразрядного промежутка, Формирователь 3 путем сравнения величины напряжения 0 с установленным в задатчике 4 напряжением 0 анализирует величину и направление ошибки слежения Е и Формирует на выходе сигнал в виде двухполярного напряжения постоянного тока Оьб, соответствующего направлению отклонения датчика от начального рассогласования . формирователь 3 следит эа изменени ем напряжения 0 в пределах допуска Е,оп=Бо 1 Чк . Если в процессе слежения Фиг, 2 , расстояние между электроразрядным датчиком и копиром увеличится, то пропорционально ему 45 увеличится напряжение 0 и при 9ц о сработает триггер Шмитта Формирователя 3, На его выходе сформируется сигнал ОЕ положительной полярности, длительноствю воздейст вия на первый вход сумматора б пропорциональный величине ошибки слежения ЯНапряжение 88, суммируясь с напряжением 1 х, приходящим на втоРой 55 вход сумматора б, увеличивает его выходное напряжение О и пропорционально уменьшает )Ч . Это приводит к увеличению скорости подач по координате 1( и уменьшению по координатеУ .вследствие чего датчик возвраща ется на линию начального рассогласования 3 о и уменьшается ошибка слежеЕсли расстояние между датчиком икопиром уменьшается, напряжениеуменьшается пропорционально ему, 65 на выходе формирователя 3 сформируется сигнал Ох отрицательной полярности и длительностью, пропорциональной величине ошибки слежения ЕНапряжение Н вычитается иэ Ц,в результате чего выходное напряжение Ох уменьшается, а 0 Ч увеличивается, Это равносильно торможениюпо координате Х и ускорению покоординате У и направлено на уменьшение ошибки слежения Е . формирователь 5 управляющих сигналов путемсравнения напряжения 0 с заданнымпо точности копирования в задатчике4 напРЯжением 0 б и 0 манализом Результатов сравнения изапоминанием на неограниченноевремя результатов анализа, выдаетнапряжение Ик как функцию текущего .угла копирования м на сумматор б,где суммируется с напряжением 0 .Результатом суммирования являются1 напряжения И и Иу , пропорциональные скорости перемещения по координатам Х и 1 , которые затем подаютсяна входы управляемых генераторов 7и 8, частоты х и 1 у которыхпроходя через размыкающие контактыреле 9 защиты, поступают на входкоммутатора 10.Здесь на основании команды Мкполученной от Формирователя 5 управляющих сигналов при определенииналичия экстремальной точки на копируемой поверхности путем сравнениянапряжения Ик с заданными в эадатчике4 напряжениями " зла и )зь 1 х 1происходит подключение выходов генераторов 7 и 8 частоты к соответствующеМу по режиму слежения суммирующему(+ ) или вычитающему ( - ) входу импульсно-Фазовых преобразователей12 и 13 блока 11 управления приводами . Преобразователи 12 и 13 преобразуют частоту 1и 1 Ч в соответствующий по величине фазовый сдвигЦх и 9, который через блок 14тиристорных преобразователей воздействует на приводы подач стакана 15,уменьшая ошибку слежения Е .Ошибка слежения Е обраеуетсявследствие отклонеция Фактическойскорости слежения Чв от направленияпо касательной к копиру и равнаб)Чд 1 где Ч(В) ЧиьМ .= ЧМ - проекция вектора на нормальк поверхности копира (Фиг, 7).Очевидно, что Чи(Ц=ЧИ)з 1 п и к Щ -ЧчИ) ссбй= ц х 51 Ю х Щ - 0Ю с Об 6. Щ Чс Ж 91 х 8 (С) = О ЩВю 6 Ягде Чх и Чу - скорость перемещенияпо координатам Х и У рОх О - напряже-,ния на выходе сумматора; И - напряжение на выходе решающего устройства,8 Юхф 1 с - ошибка копировальной системы; К - угол копирования, образованный касательной к профилю по отношению к оси ХФ - угол фактического вектора скорости Ч по отношению к оси Х . Основное требование к следящей системе СО й Е дсп , Допускаемая ошибка слежения Гд=бвыбирается из условия точности копирования и ограничивается напряжениями 0 в и ц5В установившемся режиме копирования, когда крутизна копируемой поверхности постоянна точка а (фиг. 2 и величина ошибки бс Едап, все узлы следящей системы находятся в устой чивом состоянии. Для Формирователя 50 щс 0 сОБ и на выходах Б и М анализатора 17 (фиг. 4)высокий потенциал.Напряжение Ина выходе запоминающего блока 19 пропорционально углу копирования йк и находится в пределах 01,с Ц ксО 6, на выходах(+ и (-1 айализатора 25 нет счетных импульсов, а состояние реверсивного счетчика 27 и дешифратора 28 соответствует режиму работы в четвертом квадранте плоскости Х иНапряжение И 1 с суммируется с напряжением в сумматоре б, выходные напряжения И и И которого управляют генераторами 7 и 8, частота 1 икоторых, проходя через коммутатор 10, поступает на вычитающие входы импульсно-фазовых преобразо)вателей 12 и 13, Величина и направ ление их Фазового сдвига 9 и Чу определяют скорость и направление перемещения приводов подач стакана 15.Крутизна поверхности(фиг. 2)35 имеет экстремальную точку 5, в которой направление перемещения по координатеизменяется на противоположное, соответствующее режиму работы в третьем квадранте плоскости Х и 1. 40 Уменьшение йк при обкатке угла вызывает увеличение ошибкл Е вследствие запаздывания следящей системы. Расстояние между электроразрядным датчиком и копиром увеличивается, пропорцио нально ему увеличивается напряжение О и при 010 срабатывает пороговый элемент 29 анализатора 17, который высоким потенциалом на выходе переводит выход элемента И-НЕ 31 в нуле( вое состояние. Обусловленное этим низкое сопротивление выхода Б включает через размыкающие контакты реле 18 пороговый элемент 22 по входу 6 , которое повышает напряжение порога срабатывания путем увеличения 55 амплитуды напряжения генератора 20 на накопительном конденсаторе 21В результате увеличивается ток подзаряда конденсатора 24 через эмиттерный повторитель 23, повышает ся напряжение И. Увеличение И воздействует через сумматор б, генераторы 7 и 8, коммутатор 10 на входы импульсно-фазовых преобразователей 12 и 13, у которых величина фазового 65 сдвига по координатеувеличивается, а по координате уменьшается. Пропорционально фазовому сдвигу изменяются скорости подач стакана 15. Это приводит к изменению направления вектора результирующей скорости с в сторону уменьшения расстояния между датчиком 1 копировального прибора, и копиром. Ошибка Е уменьшается, уменьшается напряжение Ц 8 которое при Ц с 0 6 выключает пороговый элемент 29 фиг. 5), его низкий выходной потенциал переводит выход элемента И-НЕ 31 единичное состояние, его высокое выходное сопротивление выключает пороговое устройство 22, которое запоминает уровень выходного напряжения И на конденсаторе 24 как уровень его порогового напряжения. Аналогичная картина происходит до тех пор, пока датчик не выйдет в экстремальную точку В , в которой скорость по координате Ч станет равной нулю, а напряжение И близко к напряжению 0, дальнейшее перемещение за экстремальную точку увеличивает расстояние между датчиком и копиром, так как наклон поверхности копира имеет острый угол. Напряжение 0 увеличивается и при 0 р Ъ 0 срабатывает пороговый элемент 29, приводящий к включению порогового элемента 22 по входу Ь . Напряжение И к увеличивается и при ц к( э ва пороговый элемент 33 срабатывает фиг. б и передним фронтом выходного потенциала запускает формирователь 35, на выходе которого Формируется короткий импульс, поступающий через размыкающие контакты реле 2 б на вычитающий счетный вход (-1 счетчика 27.Состояние счетчика уменьшается на единицу и на выходе дешифратора 12 Формируется команда Нк коммутатору 10 на переключение входа преобразователя 13 по координатес вычитающего (-) на суммирующий (+). В результате перемещения по координате происходит в положительном направлении и без рывков, так как скорость по координате Ч в момент переключения равна нулю. Одновременно дешифратор 28 формирует команду на включение реле 18 и 26, которые осуществляют переключение .выходов анализаторов 17 и 25 к разноименным входам, т,е. выход Б анализатора 17 подключается замыкающими контактами реле 18 по входу М порогового элемента 22 и т,д. В результате низкое сопротивление по входу М уменьшает напряжение И, которое при ИксЦ выключает пороговый элемент 33, уменьшает величину фазового сдвига, а следовательно, и скорость по координате М и увеличивает по Ч . Расстояние между датчиком и копиром уменьшается, уменьшается напряжение О и при О с 0чается пороговый элемент 29, которыйпереводит выход Ь элемента 31 вединичное состояние. Высокое сопротивление по входу М порогового элемента 22 выключает его и на выходе 5формирователя управляющих сигналов5 запоминается напряжение И, пропорциональное найденному углу, и сохраняется неизменным до изменения наклона поверхности копира. 10Поверхность копира фиг. 2) имеетэкстремальную точку с ,копированиенз которой производится в четвертомквадрантеВ точке скорость покоординате равна нулю, а,Ик близко 15к Оа . Дальнейшее перемещение заэстремальную точку уменьшает расстояние между датчиком и копиром.Напряжение 0 уменьшается и приО 0,срабатывает пороговый элемент 30, 2 Окоторый переводит выход М элемента32 в нулевое состояние. Низкое сопротивление по входу Б включает пороговый элемент 22, в результатечего напряжение И увеличивается ипри цОзсрабатывает пороговыйэлемент 33, который запускает формирователь 35. Сформированный импульспо выходу (-, проходя через замыкающие контакты реле 26, поступает на(+)вход счетчика 27. Состояние счетчика 27 увеличивается на единицуи на выходе дешифратора 28 формируется команда Й коммутатору 10 напереключение входа преобразователя13 с (+) на ( -) . Направление фазового 35сдвига , а следовательно, и перемещения йо координате Т производятсяв сторону -У , Одновременно дешифратор 28 Формирует команду на выключение реле 18 и 26 и выходы анали Озаторов 17 и 25 подключаются ксоответствующим входам пороговогоэлемента 22 и счетчика 27. Низкоесопротивление по входу В уменьшаетнапряжение И, уменьшается Фазовыйсдвиг 9 и скорость по координате 1,,и увеличивается по.и при И Овавыключается пороговый элемент 33.Расстояние между датчиком и копиромувеличивается и при ОО е пороговый элемент 30 выключается,переводя выход М элемента 32 вединичное состояние, пороговыйэлемент 22 выключается и запоминаетнапряжение Икак функцию текущегоугла до следующего его изменения. 55 С целью повышения надежности следящей системы в нее введен блок защиты электроразрядного датчика от случайных поломок. Блок 16 защиты определяет наличие аварийной ситуации в работе следящей системы когда электроразрядный датчик 1 копировального прибора приближается к копиру на расстояние, дальнейшее уменьшение которого может повлечь поломку датчика. При этом напряжение ОУ на выходе измерительного блока 2 уменьшается и при Оь Ос 0 см срабатывает пороговый элемент 37(фиг.который вырабатывает сигнал на экстренное уменьшение частоты 1 и 1 управляемых генераторов 7 и 8 по обеим координатам, а через время задержки, необходимое для снижения скорости подач н устанавливаемое через элемент 38 задержки, подает сигнал на включение реле 9 защиты, которое отключает генераторы 7 и 8 от фазоимпульсных преобразователей 12 и 13.Расширение функциональных возможностей заключается в том, что предлагаемая система может сохранять информацию о Форме копируемой поверхности в случае отрыва датчика копировального прибора от копира за счет введения в следящую систему решающего устройства с памятью. Уменьшение динамической погрешности заключается в том, что в предлагаемой системе управление приводами подач по каждой координате производится от индивидуального генератора, а изменение напряжения перемещения производится в экстремальной точке, когда скорость подачи реверсируемой координаты равна нулю.Введение в предлагаему следящую систему формирователя управляющих сигналов, формирователя сигналов направлени ошибки слежения, задатчика напряжений и блока защиты по срав. нению с известной позволяет в два раза повысить точность копирования, повысить надежность работы системы, а по сравнению с базовым объектом в 2,5 раза уменьшить динамическую погрешность при копировании острых кромок и углов, сохранить информацию о форме копира при отрыве датчика копировального прибора от копира.