Устройство для коррекции положения резца на станке с программным управлением

ц 983651 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз СоветскнхСоциалистических. СССР ао делен изабретеннй н открцтнй(53) УДК 621 503..55(088.8) Дата опубликования описания 23.12,82(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ РЕЗЦА НА СТАНКЕ С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ1Изобретение относится к автоматике,и вычислительной технике и может быть,.использовано в системах числового про-граммного управления станками,Известно устройство для коррекции .эквидистанты, состоящие из двух цифровых квадратов, генератор тактовых импульсов и счетчика, основанное на сравнении квадрата величины поправки Ь 1 т сквадратами проекций поправки на координатные оси, что осуществляется путем 1 осложных вычислений 13,Недостатком этого устройства является сложность,Наиболее близким техническим решени-ем.к данному изобретению является устройство для коррекции эквидистанты, содержащее блок задания программы, основной линейно-круговой интерполятор,блок выделения нуля, генератор тактовыхимпульсов (ГТИ), блок регистрации окон 20чания коррекции, логический блок и каналы связи. Это устройство позволяет сократить время нахождения координаты ис 2комой точки путем олодновременного поворота заданного радиуса-вектора с координатами Хн,н (Х, Ук) и велиивы поф правки аР (23.Недостатком указанного устройства являются большой объем электронного оборудования ввиду использования двухкруговых интерпопяторов, построенных на цифровых дифференциальных анализиторах (ПДА), и значительные погрешностивычисления определяющиеся тем, что угловые цены импульсов аргумента интерпопятора поправки Ь й и основной траектории оказываются далеко не одинаковыми и; наконец, низкое быстродействие, определяемое максимально возможным радиусом основной траектории, который в токарных станках на оживальных поверх-ностях может составлять 10 м, что при цене импульса 0,001 мм соответствует 9999999 отсчетам, поэтому время расчета, даже при быстродействии основного кругового интерполятора 500.000 кГц, составит 20 с, что по условиям непре-.3 9836рывности выдачи командных сигналов вследящий привод является недопустимым.Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства,Укаэанная цель достигается тм, чтоустройство для коррекции положения резца на станке с программным управлениемсодержащее генератор импульсов, счетчик, выход которого подключен к Й-входу первого Вб-триггера, последователь Оно соединенные блок первых элементовИЛИ, первый комбинационный сумматори первый буферный регистр, выход которого подключен к второму входу первогокомбинационного сумматора, последовательно соединенные второй комбинационный сумматор, первый регистр сдвига иблок первых элементов И и последовательно соединенные третий комбинационныйсумматор, второй регистр сдвига и блоквторых элементов И, выход которого ивыход блока первых элементов И подключены к входам блока первых элементовИЛИ, причем выходы первого и второгорегистров сдвига подсоединены к входамвторого и третьего комбинационных сумматоров соответственно, содержит блоксравнения, счетный триггер, второй В,Бтриггер, ЭК-триггер, последоватепьносоединенные третий элемент И, четвер 30тый элемент И, пятый элемент И, второйбуферный регистр, четвертый комбинационный сумматор, шестой элемент И, вто -рой элемент ИЛИ и третий элемент ИЛИ,последовательно соединенные третий регистр сдвига и блок управления нормализацией, последовательно соединенные четвертый регистр сдвига, пятый комбинационный .сумматор, третий буферный регистр и седьмой элемент И, а также40восьмой, девятый, десятый, одиннадцатыйи двенадцатый элементы И, первый и второй элементы НЕ и четвертый элементИЛИ, выход которого подключен к счетному входу счетчика, первый и второйвходы - к выходам девятого и двенадца 45того элементов И соответственно, а третий вход - к второму входу первого регистра сдвига и к выходу одиннадцатогоэлемента И, соединенного первым входомс входом второго элемента НЕ, с выходом первого элемента НЕ и с вторымвходом блока первых элементов И, а вторым входом - с первым входом десятогоэлемента И, с вторым входом первогобуферного регистра, с входом счетноготриггера и с выходом восьмого элемента И, связанного первым входом и вйходом четвертого элемента И, вторым входом - с прямым выходом ЭК-триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу третьего и к второму входу пятого элементов И, С-вход - к выходу третьего элемента ИЛИ, а 3 и К-входы - к прямому и инверсному выходам соответственно второго ВБ-триггера, соединенного 5 -входом с выходом второго элемента ИЛИ и К-входом - с вторым входом третьего элемента ИЛИ, с вторым входом второго регистра сдвига и с выходом десятого элемента И,второйвход которого подключен к второму выходу первого буферного регистра и к входу первого элемента НЕ, входы блока сравнения соединены с задающими входами устройства и с установочными входами третьего и четвертого регистров сдвига, первый выход - с вторым входом седьмого и с первым входом двенадцатого элементов И, а второй выход - с вторым входом шестого и с первым входом девятого элементов И, у 6 раьпяюшие входы третьего и четвертого регистров сдвига подсоединены к выходу блока управления нормализацией; второй вход которого связан с вторым выходом четвертого регистра сдвига и с вторым входомпятого комбинационного сумматора под)ключенного третьим входом к выходутретьего буферного регистра, а вторымвыходом - к третьему входу седьмого и к второму входу девятого элементов И, второй вход второго буферного регистрасоединен с вторым выходом четвертого комбинационного сумматора, а первый вход - с третьим входом шестого и с вторым входом двенадцатого элементов И и с вторым выходом третьего буферного регистра, второй и третий входы четвертого комбинационного сумматора подключены соответственно к первому и второму выходам третьего регистра сдвига, а первый выход - к третьему входу двенадцатого элемента И, выход счетного триггера связан с третьим входом первого комбинационного сумматора, прямой и инверсный выходы первого триггера соединены соответственно с третьимвходом пятого и с вторым входом третьего элементов И, второй вход второго элемента ИЛИ подключен к выходу седьмого элемента И, а выход генератора импульсов связан с вторым входом четвертого элемента И,На фиг, 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока управления норматизацией, , на5 . 9836фиг. 3 и 4 - диаграммы .для поясненияработы устройства,Устройство (фиг. 1 ) содержит первый1 и второй, 2 регистры сдвига,второй3 и третий 4 комбинационные сумматоры,блок 5 первых и бпок 6 вторых элементов И, второй элемент НЕ 7 первый комбинационный сумматор 8, первый буферный регистр 9, первый элемеь. НЕ 10,согласующие элементы НЕ 11-16, чет Овертый 17 и третий 18 регистры сдвига,пятый 19 и четвертый 20 комбинационные сумматоры, третий 21 и второй 22буферные регистры, бпок 23 сравнения,бпок 24 управления нормализацией, счетный триггер 25, третий 26, одиннадцатый 27, десятый 28, четвертый 29, пятый ЗО девятый 31, восьмой 32 седьмой 33, шестой 34 и двенадцатый 35элементы И, первый 36 и второй 37 Я 5- ртриггеры, 7 К-триггер 38, счетчик 39,генератор 40 импульсов, третий 41, четвертый 42 и второй 43 элементы ИЛИ иблок 44 первых элементов ИЛИ,Причем эпементы 1-10, 25, 27 и 228 образуют круговой интерпопятор, работающий по принципу оценочной функциис поочередной выдачей приращений по координатам, а элементы 17-23 - линейный двухкоординатный интерпопятор, по- Зо.строенный по принципу цифрового дифференциального анапизатора ДА). Элементы НЕ 11-16 несут функциональнуюнагрузку пишь в случае исПользованияэлементов 26-35 и 41-43 и триггеров36-38 и отрицательной погикой.и приописании работы устройства не упоминается, Блок 24 управления нормапиэацией содержит (фиг, 2) триггер 45, эпементы И-НЕ 46 и ИЛИ 47 и генератор48 импупьсов.Устройство работает следующим образом,Перед началом работы исходная информация заносится в него следующим обра-эом", Величина поправки Ь Р заносится вдополнительном коде в регистр 1 и счетчик 39. Величина Хн(хк)заносится в регистр 17, а величина Ян (2 к)- в регистр18, Если вычисляется поправка в первомкадре, то это ХнУН в дальнейшем -ХХ,Укно на работу устройства смысл величинХ и у влияния не оказывает, поэтому вдальнейшем обозначаем их Хн и Ен. Одновременно с занесением информации Хн,2 н в регистры 17 и 18 блок 23 определяет бопьшую иэ величин, и на ее выходе появляются сигналы Л ) х ипи Х) 2.Сигнап предварительной установки (ПУ) 51 бсбрасывает в нопь регистры 2, 9 итриггеры 36-38, после чего из бпокацентрального управления системы (ие показан) приходит сигнал Пуск нормапизации", который включает бпок. 24. Этотбпок начинаетвырабатывать импульсысдвига, поступающие на сдвигающие входы регистров 17 и 18. Информация в нихначинает сдвигаться в сторону старшихразрядов до тех пор, пока в старшем разряде любого из регистров 17 и 18 непоявится единица, после чего подача сдвигающих импульсов прекращается. Поспе,этого на единичный вход триггера 36поступает сигнал "Пуск", Этот триггерустанавпивается в состояние фединицы фи своим единичным выходом открываетэпемент И 30, а нулевым выходом закрывает элемент И 26, В результате навыходе эпемента И 26 исчезает нулевойпотенциал и элемент И 29 открывается.Теперь импульсы генератора 40 черезэлемент И 29 начинают поступать наФвходы элементов И 30, И 32, Но эпемент И 32 закрыт, так как триггер 38сигналом предварительной установки ПУустановлен в нупевое состояние, а эпемент И 30 открыт, так как на единичном выходе триггера 36 и нулевом выходе триггера 38 имеются единичные сигналы, Епагодаря этому импульсы с выхода элемента И 30 начинают поступатьна выходы записи регистров 17 и 22,которые совместно с сумматорами 19 и20 образуют накапливающие сумматорылинейного интерпопятора и одновременнона соответствующие входы эпементов И31, ЗЗ, 34, 35, которые по двум другим своим входам управляют сигналамипереноса (Р) старшего разряда сумма - .торов 19 и 20 и сигналами 2 Н(Хни Хи) исоответственно,Пусть, например,2 н ( Хн,тогда (фиг,2) угол с(, (45 о и в этом случае выходные сигнапы координаты 2 линейного интерпопятора через элемент И 34 и элемент ИЛИ 43 будут поступать на единичный вход триггера 37 и вход эпемента ИЛИ 41,.а выходные сигналы координаты Х через элемент И 31 и элемент ИЛИ 42- на счетный вход счетчика 39. Таким образом, выход элемента И 30 фактически, явпяется входом аргумента линейного интерпопятора, Предположим, что первый шаг сделан по координате Х, тогда содержимое счетчика 39 уменьшится на единицу, На фиг, 3 это эквивалентно движению на единицу проекции Х вектора Х.У,79832 н, задаваемого линейным интерполятором от точки "0" к точке Б Следующийимпульс, выработанный линейным интерполятором по координате Х, вызовет следуюший шаг по координате Х и также будет зафиксирован счетчиком 39, и т.д.Так продолжается до тех пор, пока невыработается импульс по координате.Этот импульс через элемент И 34 и элемент ИЛИ 43 поступит на единичный (5) 10вход триггера 37, который и установитсвоим передним фронтом в состояние "1а через элемент ИЛИ 41 поступит насинхро-вход триггера 38, в результатечего этот триггер также устанавливает- .15ся в "1",Теперь на входе элемента И 30 появляется нулевой потенциал, и поступление импульсов на вход аргумента линейного интерполятора прекращается, Одновременно открывается элемент И 32 ис его выхода импульсы частоты генератора 40 начинают поступать на вход аргумента кругового интерпопятора, а именно; на вход записи регистра 9, который 25совместно с сумматором 8 образует накапливающий сумматор оценочной функции, на входы элементов И 27 и 28(формирования координатных приращений)и на счетный вход триггера 25. Круго- зОвая интерполяция осуществляется по следующему алгоритму оценочной функции.При Г (Х;, 2 О, т.е, когда точка находится на илй вне окружности, шаг делается по координате Х и новое значениеоценочной функции вычисляется по фор. муле Р (Х, 2) - 2 Х; + 1,При Г(Х; 2 )СО точка находится внутри окружностй, при этом делается шагпо оси 2, а новое значение оценочнойфункции вычисляется по формулеГ(Х 1, 21) =(Х.у,2)+2 2+.Реализация этого алгоритма имеетряд особенностей, существенно упрощаюшихся его схему, а именно: операциявычитания 2 Х заменена сложением сдополнительным кодом Х причем д Р=ХНкругового интерполятора заносится в регистр 1 последовательно и сразу в дополнительном коде, что исключает громоздкий параллельный преобразовательпрямого кода в дополнительный, разрядность блоков 1+9 кругового интерполятора сокращена на .один, что значительносокращает объем оборудования, исключа 55ет.необходимость сдвига кодов Х;, 2 дляполучения их двойных значений 2 Х 21или двойное суммирование, что повышаетбыстродействие и также уменьшает объем оборудования, а удвоение разрядносличин Хдостигается подключени ем к младшему разряду сумматора 8 единичного выхода триггера 25, на счетный вход которого поступает каждый входной импульс аргумента, Так как логическая функция триггера 25 совпадает с логической функцией сумматора при суммировании единиц, то такое включение триггера 25 эквивалентно увеличению на один разряд разрядности всех блоков 1+6, 8, 9, 44 и выполнению сдвигов или повторных суммирований величинДалее круговой интерпопятор работает следующим образом, При положительном значении оценочной функции на выходе знакового разряда регистра 9 имеется ноль поэтому элемент И 28 закрыт; агэлемент И 27 открыт единичным сигналом через элемент НЕ 10. Поэтому импульс частоты пройдет .через элемент И 27 и поступит на выход интерполятора по координате Х, причем по заднему фронту этого импульса, который воздействует также на вход (С 2) параллельной записи регистра 9, .запишется новое значение подинтегральной функции, откорректированное на величину, хранимую в регистре 1, т,е, на -2 Х;, так как бпок 5 открыт выходным сигналом элемента НЕ 10. Выходной импульс элемента И 27 поступит на вход параплельной записи (С 2) регистра 1 и произведет запись в него выходной комбинации сумматора 3, что эквивалентно уменьшению абсолютного значения величины Х; в регистре 1 на единицу, т,е. образуя величинуХ;,При отрицательном значении оценочной функции на выходе знакового разряда регистра 9 имеется единица, которая открывает элемент И 28, формируя импульс по координате 2, а так как по цепи элементов НЕ 7, 10 оказывается открытым блок 6, то оценочная функция корректируется на величину 2, хранимую в регистре 2, и аналогнчйо работе предыду 1 цей координаты, выходной импульс координаты 2 добавпяет единицу к содержимому регистра 2, образуя величину Е +1, Таким образом, реализуется приведенный выше алгоритм круговой интерполяции, Если приращение выработано по координате Х, то импульс с выхода элемента И 27 через элемент ИЛИ 42 поступит на счетный вход счетчика 39, что эквивалентно единичному шагу проекции точки дуги окружности Аот точки А в сторону точки Б (фиг 3), При выработке приращения по координате 2 импульс983651 9появляется на выходе элемента И 28Этот импульс поступает на -вход трит- гера 37 и своим передним фронтом сбрасывает его в ноль, одновременно пройдя через элемент ИЛИ 41, поступает на вход с триггера 38 и своим задним фрон-. том сбрасывает его в нопь. В результате прекращается подача импульсов частоты на вход аргумента кругового интерполятора через элемент И 32, В момент 10 переключения координаты 2 текущей точки 49 прямой и текущей точки 50, дуги равны (фиг, 3), а координаты Х текущих точек дуги приближаются друг к другу. Никл работы повторяется, при этом 15 .координаты 2 дуги и линии "следят" друг за другом, а по координате Х двигаются навстречу друг другу. Е 1 икл работы прекрашается, когда дуга и окружность пересекутся в точке 55, что определяет- г 0 ся по переполнению счетчика 39. Действительно, сумма координатных прирашений 1 по координате Х в этот момент окажется равной л ЙСигнал переполнения счетчика 39 по ступает на Я-вход триггера 36 и сбра-сывает его в копь, закрывая тем самым элемент И 30, Одноеременно единичный сигнал появляется на входе элемента И 26 и, как только триггер 38 окажется в нуле, на втором входе элемента, И 26 окажется единица и его выходной нулевой сигнал закроет элемент И 29 и отключит генератор 40. Цикл вычисления закончен.При этом искомые величины Рх,дй окажутся в регистрах 1 и 2, причем в регистре 1 окажется проекция ь.Рх при Хн).7 н и д Р при 7 н) Мн,а в регистре 2 наоборот. Элемент И 26 необходим дпя того, чтобы последний импульс по 4 О координате 2, исходя из фиг. 3, формировался круговым интерполятором, так как первый импульс по этой координате формируется линейным интерполятором, .в противном случае проекция а Й вычис ляется с ошибкой на.один дискрет.Блок 24 (фиг. 2) работает следуюшим образом, Сигнал "Пуск нормализации" устанавливает триггер 45 в состояние "1", элемент И-НЕ 46 открывается и с его выхода частота генератора 48 начинает проходить, на сдвигаюшие входы регистров 17 и 18 коды в которых начинают сдвигаться, Это продолжается до тех .пор,пока единица не появится в старшем55 разряде любого из регистров 17 и 18, Любая единица через элемент ИЛИ 47 сбрасывает триггер 45 в ноль. На этом нормализации заканчивается. 10" Преимушествами предлагаемого уст ройства являются повышение быстродействия, так как используется однотактная схема работы интерполятороВ, время расчета не зависит от величины Х 42 н, а только от величины лй, благодаря действию выходных сигналов блока23 угол,о(фиг. 3) всегда45,что также увеличивает быстродействие в2 раза, объем электронного оборудования сокращается за счет тогокруговойинтерполятор имеет разрядностьпоправки, а не поправки + один разряд а разрядность линейного интерполятора такжеможет быть сведена до разрядности кругового, так как величина ошибки от неточности задания линии редуцируется прямо пропорционально отношению лР с,4ВЫХ 1 Фили ьРгпых 2 гпых что видно из фиг, 4,Действительно, для современных системХ,( Е бх= 10000 мм,айтпах= 2 мм,следЬвательно,йй,х:Х, х= 5000, Точность увеличивается в 5000 раз, и, следовательно, разрядность линейного интерполятора может быть соответственноуменьшена без .потери точности, что нетолько уменьшает объем оборудования,но и позволяет повысить тактовую час;тоту, так как время суммирования уменьшается и, следовательно, возрастает быстродействие; дополнительно уменьшаетсявремя вычисления поправки и возрастаютпредельно допустимые скорости, на которых может работать система ЧПУ, в которой использовано такое устройство, чтоособенно важно при обработке участкорс большой кривизной,Благодаря перечисленным преимушествам объем электронного оборудования посравнению с известными решениями при-.близительно сокрашается на 25%, быстродействие возрастает в 4-4,5 раза присокрашении точности,формула изобретения Устройство для коррекции положения резца на станке с программным управлением, содержашее генератор импульсов,: счетчик, выход которого подключен к Р-входу первого Й 5-триггера, последом- тельно соединенные блок первых элемен тов ИЛИ, первый комбинационный сумматор и первый буферный регистр, выход которого подключен к второму входу первого комбинационного сумматора, последовательно соединенные второй комбинационный сумматор, первый регистр сдви 983651га и блок первых элементов И и последовательно соединенные третий комбинационный сумматор, второй регистр сдвига и блок вторых элементов И, выход которого и выход блока первых элементов И 5 подключены к входам блока первых элементов ИЛИ, причем выходы первого и второго регистров сдвига подсоединены к входам второго и третьего комбинационных сумматоров соответственно, о т - 1 О л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения быстродействия устройства, оно содержит блок сравнения, счетный триггер, второй Бб-триггер, ЭК- триггер, последовательно соединенные 15 третий элемент И, четвертый элемент И, пятый элемент И, второй буферный регистр четвертый комбинационный сумма- тор, шестой элемент И, второй элемент ИЛИ и третий элемент ИЛИ, последова о тельно соединенные третий регистр сдвига и блок управления нормализацией, последовательно соединенные четвертый регистр сдвига пятый комбинационный сумматор, третий буферный регистр и седь мой элемент И, а также восьмой, девятый,десятый, одиннадцатый и двенадцатый элементы И, первый и второй элементы НГ и четвертый элемент ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу счетчика, З первый и второй входы - к выходам девятого и двенадцатого элементов И соответственно, а третий вход - к второму входу первого регистра сдвига и к выходу одиннадцатого элемента И, соединен 35 ного первым входом с входом второго элемента НЕ, с выходом первого элемента НЕ и с вторым входом блока первых элементов И, а вторым входом - с первым входом десятого элемента И, с вторым входом первого буферного регистра, с входом счетного триггера и с выходом восьмого элемента И, связанного первым входом с выходом четвертого элемента И, вторым входом - с прямым45 выходом ЭК -триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу третьего и к второму входу пятого элементов И, С-вход - к выходу третьего элемента ИЛИ, а 3 и К-входы - к пря 50 мому и инверсному выходам соответственно второго Р 5-триггера, соединенного 5-входом с выходом второго элемента ИЛИ, а В-входом с вторым входом третьего элемента ИЛИ, с вторым вхо 55 дом, второго регистра сдвига и с выходом десятого элемента И, второй входкоторого подключен к второму выходупервого буферного регистра и к входупервого элемента НЕ, входы блока срав 1нения соединены с задающими входамиустройства и с установочными входамитретьего и четвертого регистров сдвига,первый выход - с вторым входоМ седьмого и с первым входом двенадцатого элементов И, а второй выход - с вторымвходом шестого и с первым входом девятого элементов И, управляющие входытретьего и четвертого .регистров сдвигаподсоединены к выходу блока управлениянормализацией,. второй вход которого связан с вторым выходом четвертого регистра сдвига и с вторым входом пятргокомбинационного сумматора, подключенного третьим входом к выходу третьегобуферного регистра, а вторым выходом -к третьему входу седьмого и к второмувходу девятого элементов И, второй входвторого буферного регистра соединен свторым выходом четвертого комбинационного сумматора, а первый вход - с третьим входом шестого и с вторым входомдвенадцатого элементов И и с вторым выходом третьего буферного регистра, второй и третий входы четвертого комбинационного сумматора подключены соответственно к первому и второму выходамтретьего регистра сдвига, а первый выход - к третьему входу двенадцатого элемента И,выход счетного триггера связанс третьим входом первого комбинационного сумматора, прямой и инверсныйвыходы первого триггера соединены соответственно с третьим входом пятогои с вторым входом третьего элементов И,второй вход второго элемента ИЛИ подключен к выходу седьмого элемента И,а выход генератора импульсов связан свторым входом четвертого элемента И.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Левин Б, Н, и Мальчик А. Ю, Методы автоматического расчета эквиваленты. Сб,Способы подготовки программ иинтерполяторы для контурных систем числового управления станками", М "Машиностроение", 1970, с. 139-142,2. Авторское свидетельствоСССРМо 591822, кл, 5 05 В 19/18, 1974прототип),оставитель В, Диановехред Ж. Кас телевиич А, Коэори Редак ешетн орректор Г Заказ" 99 5 ФилиальППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна 56 Тираж 914ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж, Р Подписноеомитета СССоткрытийушскаая наб., д