Устройство для управления остановом шпинделя в заданном положении

(51)4 В 23 Я 5/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АТЕНТУ рого соединен шпинделя, бло соединенный с тчиком оростимов,ключатенделя,задания реж приводом пер оложения шпи тчик ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Фудзицу Фанук Лимитед (,ХР) (53) 621.092(088.8)(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОСТАНОВОМ ШПИНДЕЛЯ В ЗАДАННОМ ПОЛОЖЕНИИ, содержащее блок задания скорости шпинделя и блок ориентации шпинделяподключенные через двух- позиционный переключатель с приводомк одному входу блока регулирования скорости шпинделя, другой вход котосоединенныи с входом блока ориентации шпинделя, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышенияточности, оно снабжено блоком формирования сигнала и переключателем коэффициента усиления блока регулирования скорости шпинделя, при этомблок формирования сигнала выполненв виде компараторов и логическогоэлемента И, выход которого связанс переключателем коэффициента усилея, а входы через компараторы соенены соответственно с выходом бл ка ориентации шпинделя, выходом блока задания режимов и выходом датчикаскорости шпинделя.1 11753Изобретение относится к станкостроению, а именно к устройствам для управления остановом шпинделя в заданном положении.Известно устройство для управления остановом шпинделя в заданном положении, содержащее блок задания скорости шпинделя и блок ориентации шпинделя, полученные через двухпозиционный переключатель с приводом 0 к одному входу блока регулирования скорости шпинделя, другой вход кото- . рого соединен с датчиком скорости шпинделя, блок задания режимов, соединенный с приводом переключателя, и 15 датчик положения шпинделя, соединенный с входом блока ориентации шпинделя 1 .Однако известное устройство не обеспечивает высокую точность управ. 20 ления остановом шпинделя в заданном положении.Целью изобретения является повышение точности управления остановом шпинделя в заданном положении. 25Указанная цель достигается тем, что устройство для управления оста- новом шпинделя в заданном положении, содержащее блок задания скорости шпинделя и блок ориентации шпинделя, подключенные через двухпозиционный переключатель с приводом к одному входу блока регулирования скорости шпинделя, другой вход которого соединен с датчиком скорости шпинделя, блок задания режимов, соединенный35 с приводом переключателя, датчик положения шпинделя, соединенный с входом блока ориентации шпинделя, снабжено блоком формирования сигнала и переключателем коэффициента усиления блока регулирования скорости шпинделя, причем блок формирования сигнала выполнен в виде компараторов и логического элемента И, выход которого связан с переключателем коэффициента усиления, а входы через компараторы соединены соответственно с выходом блока ориентации шпинделя, выходом блока задания режимов и выходом датчика скорости шпинделя.,На фиг. 1 изображено устройство для управления остановом шпинделя в заданном поло,"ении; на фиг. 2 - формы сигналов в устройстве; на фиг, 3 - 55 блок формирования сигнала "в позиции"; на фиг. 4 - расположение деталей устройства в работе; на фиг.5 -блок ориентации шпинделя; на фиг.6 - формы сигналов в блоке ориентации шпинделя, на фиг. 7 в . график зависимости тока якоря ст отклонения скорости.Устройство содержит двигатель 1 постоянного тока, датчик 2 скорости шпинделя 3, инструмент 4, шпиндельный механизм 5, в котором установлен инструмент. Шпиндель 3 связан с двигателем постоянного тока посредством ремня (или зубчатой передачи) 6, дат" чик 7 положения шпинделя 3 непосредственно связан со шпинделем и служит для выработки сигнала, соответствующего угловому положению шпинделя. Двухпозиционнын переключатель 8 снабжен приводом. Блок 9 задания скорости шпинделя 3 служит для выработки сигнала заданной скорости СЧ. Блок 10 задания режимов предназначен для выработки сигнала заданной ориентации СРС, Блок 11 регулирования скорости шпинделя 3 содержит сумматор 12 для подачи разностороннего напряжения между сигналом заданной скорости СЧ и сигналом действительной скорости АЧ от датчика скорости шпинделя, переключатель 13 коэффициента усиления для обеспечения фазовой компенсации в устройстве посредством опережения или замедления фазы, а также тиристорную схему 14, содержащую ряд тиристоров.Тиристорная схема служит для регулирования напряжения, подаваемого на двигатель постоянного тока Блок регулирования скорости шпинделя также содержит схему 15 преобразования напряжения в фазу для управления углом зажигания каждого тиристора в тиристорной схеме согласно отклонению между сигналом заданной скорости СЧ и сигналом действительной скорости АЧ таким образом, что приложенное к двигателю постоянного тока напряжение возрастает при увеличении отклонения и уменьшается при малом отклонении, чтобы скорость двигателя постоянного тока соответствовала заданной скорости. Блок задания режИмов служит для переключения подвижного контакта двухпозиционного переключателя. Блок 16 ориентации шпинделя предназначен для создания сигнала завершения ориентации РЯС при окончании точной установки шпинделя. Блок 17 Формирования сигнала 11 11В позиции служит дя в 1 рембо, и11753сигнала "н позиции" 1 ИРОБ в тот мо- мент, когда некоторая определенная точка на шпинделе участка 18 ориентации (фиг. 4) приблизится к окрестности заданного положения останова. 5 Блок задания режимов, блок ориентации шпинделя и блок формирования сигнала в "позиции" образуют схему 19 управления ориентацией. Блок 17 формирования сигнала "в позиции" 1 НРОБ выполнен в виде логического элемента И 20, выход которого связан с переключателем коэффициента усиления для переключения коэффициента усиления, входы через компараторы 15 21 и 22, соединены соответственно с выходом блока ориентации шпинделя, выходом блока задания режимов и выходом датчика скорости шпинделя. Блок 16 ориентации шпинделя содержит 20 приемник 23 для получения позиционных импульсов РА и РВ от датчика 7 положения шпинделя и импульса одного поворота КР. Схема 24 учетверения служит для дифференцирования пози ционных импульсов РА и РВ и выработки импульса РР, совпадающего с поло-, жительными и отрицательными отклонениями импульсов РА, РВ и получения последовательности импульсов с час- ЗО тотой, в четыре раза превышающей частоту импульсных последователь.ностей РА и РВ. Схема 25 служитдля отделения импульса одного оборота ВР, Блок 16 включает в себя переклют чатель 26 ввода позиции останова, схему 27 определения положения оста-. нова, служащую для выдачи импульса КР, и реверсивный счетчик 28. Выход счетчика 28 связан с входом. цифроанаО логового преобразователя 29, выход которого соединен со схемой 30 отсечки, служащей для сравнивания сигнала позиционного отклонения КРР с постоянным напряжением +Чс, -Чс 45 и генерирования сигнала завершения ориентации РБС, когда сигнал КРЭ находится между двумя уровнями +Чс и -Чс. Схема 31. распознавания направления контролирует фазы позиционных сигналов РА, РВ для распознаВания направления вращения шпинделя и посылки сигнала направления ЭБ в реверсивный счетчик 28.Устройство работает следукщим образом.Ири завершении операции механически 1 обработки (момент времени 57 4) сигнал заданной скорости СЧ отоблока задания скорости шпинделяуменьшается до нуля вольт, в результате начинает уменьшаться сигнал деиствительной скорости АЧ двигателя 1 постоянного тока. Блок 10 задания режимов генерирует в предопределенный момент времени Т 1 сигнал заданной ориентации СРС. Моментнаходится непосредственно перед моментом остановки двигателя. Можно сделать так, что сигнал СРС будет генерироваться автоматически в предопределенный момент времени после создания сигнала, останавливающего двигатель, или же, когда сигнал действительной скорости АЧ упадет ниже фиксированного уровня после создания упомянутого сигнала. Генерация сигнала ориентации СРС переключает подвижной контакт переключателя 8, в результате чего активируется контур обратной связи управления положением. Теперь сумматор 12 вырабатывает разностное напряжение между сигналом позиционного отклонения КР 0 от блока 16 ориентации шпинделя и сигналом действительной скорости АЧ от датчика 2 скорости шпинделя, Разностное напряжение прикладывается через переключатель 13 коэффициента усиления к схеме 15 преобразования напряжения в фазу, которая управляет углом зажигания каждого тиристора в тиристорной схеме 14 согласно величине и полярности разностного напряжения, изменяя тем самым напряжение, приложенное к двигателю 1 постоянного тока. В результате скорость двигателя 1 дополнительнс уменьшается, и разностное напряжение стремится к нулю. Тем временем сигнал заданной ориентации СРС, сигнал действительной скоростиАЧ и сигнал позиционного отклонения , КР 0 поступают на блок 17 формирова,ния сигнала в позиции", предназна ченного для генерации сигнала "в положении" 1 ИРОБ в случае, когда одновременно равны сигнал заданной ориентацщ СРС и сигналы ЧЕБ и Р 2 Б. Сигнал ЧЕБ, образованный в блоке 17 гформирования сигнала "в позиции , становится равным логической "1" в случае, когда сигнал действительной скорости АЧ падает в сущности до нуля, т. е. когда он достигает неко. торого низкого уровня Че. СигналРЕБ, также образованный в блоке 17 формирования сигнала "в позиции", становится равным логической "1" в случае, когда сигнал позиционного 5 отклонения КРП падает ниже предопределенного уровня Чр. Итак, когда уровень трех сигналов СРС, Ч 2 Б, РЕБ становится высоким, выходной сигнал логического элемента И 20, содержа О щегося в блоке 17 формирования сигнала "в позиции и воспринимающего все эти три сигнала, достигает уровня логической "1", в результате возрастает сигнал "в положенииф 1 ИРОЯ. 15 Первый компаратор 21 подает сигнал Ч 2 Я логической " 1" на первый вход логического элемента И, когда сигнал действительной скорости АЧ достигает низкого уровня Че, а второй ком паратор 22 подает сигнал РЕБ логической "1" на второй вход логического элемента И, когда сигнал позиционного отклонения КРР падает ниже пред-определенного уровня Чр, Логический:25 элемент И выполняет логическое перемножение выходных сигналов Ч 2 Б, Р 2 Б первого и второго компараторов и сигнала заданной ориентации СРС и генерирует сигнал "в позиции" 30 1 ИРОЯ, когда три сигнала СРС, Ч 2 Я, РЕБ принимают высокий уровень. Этот сигнал передается переключателю 13 коэффициента усиления, в результате коэффициент усиления возрастает в два или три раза. Предпочтительна генерация сигнала "в положении" 1 ИРОБ в случае, когда определенная точка на шпинделе находится в диапазоне 3-5 относительно предопределенного 40оположения останова. После генерации сигнала "в положении" 1 ИРОБ контур обратной связи управления положением действует по останову определенной точки на шпинделе (например, участ ке 18 ориентации на фиг. 4) точно в положении останова.Приемник 23 (фиг. 5) с линии получает позиционные импульсы РА, РВ от датчика 7 положения шпинделя. 50 Каждый из этих импульсов вырабатывается всякий раз, как шпиндель поворачивается на некоторый предопределенный угол. Кроме того, на каждый оборот шпинделя вырабатывается 55 импульс одного поворота КР, Последовательности позиционных импульсов РА, РВ смещены друг относительно друга по фазе на/2. Схема 24 учетверения дифференцирует позиционные импульсы РА и РВ и вырабатывает импульсы РР, совпадающие с положительными и отрицательными отклонениями импульсов РА, РВ. В результате получается импульсная последовательность с частотой, в четыре раза превышающей частоту импульсных последовательностей РА и РВ соответственно. Схема 25 выявляет импульс одного оборота КР. Переключатель 26 ввода позиции останова замыкается сигналом заданной ориентации СРС и схема 27 определения положения останова выдает импульс КР , Когда1генерируется импульс одного оборота КР и замкнут переключатель 26 ввода положения останова, схема 27 выдает1 1импульс КР после И числа импульсов РР, поступивших вслед за генерацией импульса КР. Участок 18 ориентации (фиг. 4) противоположен заданному положению останова БТР в момент генерации импульса КР1 Иначе говоря, в этот момент участоко ориентации смещен на 180 от положения БТР. Реверсивный счетчик 28 с предварительной установкой при помощи импульса КР устанавливается в значение М/2, где М является числом импульсов РР, созданных за один оборот шпинделя. После предварительной установки счетчика 28 его содержимое или увеличивается, или умень-шается с приходом каждого импульса РР в соответствии с направлением вращения шпинделя. Содержимое счетчика поступает на циФроаналоГовый преобразователь 29, т. е. поступает и знак, и числовое значение счета. Преобразователь 29 преобразует чис" ловое значение в аналоговый сигнал, представляющий сигнал позиционного отклонения КРР, полярность которого зависит от знака принятого числового значения. Схема 30 отсечки сравнивает сигнал позиционного отклонения КРП с постоянными напряжениями +Чс,1-Чс и генерирует сигнал завершения ориентации РБС, когда сигнал КРР находится между двумя уровнями +Чс, -Чс. Схема 31 распознавания направления контролирует фазы позиционных сигналов РА, РВ для распознавания направления вращения шпинделя и посылает сигнал направления М в реверсивный счетчик 28, Распознаг ание30 направления основано на том, чтопозиционные импульсы РА опережаютпо фазе позиционные импульсы РВ привращении шпинделя вперед отстают отпозиционных импульсов РВ при вращениишпинделя в обратном направлении.Следовательно, сигнал позиционногоотклонения КРР (фиг, 6) от цифроаналогового преобразователя 29 находится в соответствии с вращательнымположением шпинделя. Этот сигналпоступает в блок 11 регулированияскорости шпинделя через переключатель 8, после чего происходит выполнение операции по управлению положением.ГраФик (Фиг. 7) представляет зависимость изменения тока якоря от отклонения сигнала в контуре управления положением (выход сумматора 12).Ток якоря отложен по вертикальнойоси, по горизонтальной - отклонение,Непрерывной линией изображен случайбольшого коэффициента усиления, а 25пунктирной - случай малого коэффициента усиления. Таким образом, повыше ние коэффициента усиления обеспечивает большой токякоря при том жеотклонении. А поскольку вращающий.момент пропорционален току якоря,то чем больше коэффициент усйлениятем больше вращающий момент (возвращающая сила), отсюда больше жесткостькоторой шпиццель обладает в положении покоя,Р Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает уменьшение коэффициента усиления при вращении, обеспечивая стабильности системы, а увеличение коэффициента усиления при нахождении шпинделя в состоянии покоя обеспечивает повышение жесткости системы. Поэтому при действии внешней силы шпиндель не сможет провернуться с прежней легкостью и вернется в заданное положение останова даже в случае его незначительного смещения под действием чрезвычайно большой внешней силы, КоэфФициент усиления можно переключать с помощью простого схемного устройства. Механическая работоспособность устройства также значительно возврастает, пос" кольку отпадает необходимость установки ключа или аналогичного устройства для предотвращения поворота шпинделя. Изобретение можно использовать для останова шпинделя в ряде положений с уялом, например О, 90, 180, 270 и т. д, Однако в этом случае блок 1 О задания режимов должен бьть приспособлен к вьдаче команд, указывающих на конкретное положение останова, а схема 19 управления ориентацией должна быть модифицирована для создания сигнала позиционного отклонения КРР в соответствии с каждым,из возможных положений останова.11175357 Фиг Составитель Ф.МайоровРедактор Т.Кугрышева Техред Л,Микеш Корректор Е.Рош Заказ 524/5 Ь илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 838 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушск