RU2030981C1

RU2030981C1 - Apparatus for diagnostics of condition of cutting tool in numerical program controlled machine tool

Info

Publication number: RU2030981C1
Authority: RU
Inventors: Николай Константинович Шапарев; Татьяна Игоревна Вихлянцева; Юлиан Сигизмундович Пешинский
Original assignee: Одесский политехнический университет
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1991-01-11
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: machine tool building. SUBSTANCE: apparatus has a power pickup, whose output signal, proportional to a cutting power value, is being fed simultaneously to an input of a feedback circuit and to an input of a circuit for signal procession. An input of the power pickup is connected with an output of a drive unit, providing a main motion. The circuit for processing signals has connected in series a filter, whose input being an input of the circuit for processing signals, first analog-to-digital converter, first memory unit, first digital-to-analog converter, first adder and first comparator; connected in series second analog-to-digital converter, second memory unit, second digital-to-analog converter, second adder and second comparator and also third comparator. An output of the power pickup is connected with an input of the filter, whose output is connected with an input of the first adder. An output of the first adder is connected with an input of the second analog-to-digital converter and with an input of the second adder, whose output is connected with an input of the third comparator. Output of the first, the second and the third comparators are at the same time the outputs of the circuit for processing signals, and they are connected with inputs of a control unit. Outputs of the control unit are connected with inputs of the first an the second analog-to-digital converters, with inputs of the first and the second memory units, an input of the feedback circuit and with inputs of the second and the third comparators. EFFECT: enhanced reliability of diagnostics of tool condition. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в устройствах автоматической диагностики затупления и поломки режущего инструмента в процессе металлообработки. The invention relates to machine tools and can be used in devices for the automatic diagnosis of blunting and breakage of a cutting tool in the metalworking process.

Целью изобретения является обеспечение возможности контроля состояния режущего инструмента в процессе металлообработки без введения дополнительных датчиков в зону резания и без усложнения конструкции самого режущего инструмента. The aim of the invention is to provide the ability to monitor the status of the cutting tool in the metalworking process without introducing additional sensors into the cutting zone and without complicating the design of the cutting tool itself.

На чертеже представлена функциональная схема устройства контроля затупления и поломки режущего инструмента. The drawing shows a functional diagram of a device for monitoring dullness and breakage of a cutting tool.

Схема содержит замкнутый контур электропривода подачи, состоящий из устройства 1 числового программного управления, подключенного через сумматор 2 к электроприводу 3 подачи, связанному с моделью 4 процесса резания, которая в свою очередь, связана с электроприводом 5 главного движения, к выходу которого подключен вход датчика мощности 6, чей выход через блок 7 обратной связи подключен к второму входу сумматора, а также устройство контроля состояния режущего инструмента, содержащее фильтр 8, подключенный входом к выходу датчика мощности 6, а выходом - к входу аналого-цифрового преобразователя 9, который через блок памяти 10 и цифроаналоговый преобразователь 11 подключен к входу сумматора 12, к второму входу которого подключен непосредственно выход фильтра 8. The circuit contains a closed feed drive circuit, consisting of a numerical control device 1 connected through an adder 2 to a feed drive 3 connected to a cutting process model 4, which, in turn, is connected to the main drive electric drive 5, to the output of which a power sensor input is connected 6, whose output through the feedback unit 7 is connected to the second input of the adder, as well as a device for monitoring the status of the cutting tool, containing a filter 8, connected to the output of the output of the power sensor 6, and stroke - to the input of analog-to-digital converter 9 which via the memory unit 10 and a digital to analog converter 11 is connected to the input of the adder 12, to the second input of which is connected directly to the output of filter 8.

Выход сумматора 12 подключен к входу компаратора 13 и к входу аналого-цифрового преобразователя 14. Выход последнего через блок памяти 15 и цифроаналоговый преобразователь 16 подключен к входу сумматора 17, к второму входу которого подключен выход сумматора 12. Выход сумматора 17 подключен к входам компараторов 18 и 19, связанных между собой. Выход всех компараторов 13, 18, 19 подключены к входу блока 20 управления, выходы которого подключены к управляющим входам устройств 7, 9, 10, 14, 15, 18, 19. The output of the adder 12 is connected to the input of the comparator 13 and to the input of the analog-to-digital converter 14. The output of the latter through the memory unit 15 and the digital-to-analog converter 16 is connected to the input of the adder 17, to the second input of which the output of the adder 12 is connected. The output of the adder 17 is connected to the inputs of the comparators 18 and 19 related. The output of all comparators 13, 18, 19 are connected to the input of the control unit 20, the outputs of which are connected to the control inputs of devices 7, 9, 10, 14, 15, 18, 19.

Работа устройства диагностики состояния режущего инструмента в системе адаптивного управления электроприводом подачи осуществляется следующим образом. Устройство числового программного управления 1 обрабатывает имеющуюся априорную и поступающую текущую информацию и вырабатывает сигнал задания скорости вращения электропривода подачи U₃, подаваемый на первый вход сумматора 2, к второму входу которого подключен выход блока 7, т.е. блока адаптивного управления, представляющий сигнал технологической обратной связи по мощности ΔU.The operation of the device diagnostics of the state of the cutting tool in the adaptive control system of the feed drive is as follows. The numerical control device 1 processes the available a priori and incoming current information and generates a signal for setting the rotation speed of the feed drive U ₃ supplied to the first input of adder 2, to the second input of which the output of block 7 is connected, i.e. an adaptive control unit representing a process feedback signal in terms of power ΔU.

Работа блока 7 основана на сравнении текущего значения мощности резания (сигнал, поступающий с выхода датчика мощности) и заданного расчетного значения мощности резания. В схему блока 7 поступает сигнал, соответствующий скорости вращения электропривода подачи 3, необходимый для коррекции и адаптации системы адаптивного управления при изменениях процесса металлообработки (припуска, износа инструмента и др.). Сравнение двух этих значений формирует сигнал технологической обратной связи по мощности резания. The operation of block 7 is based on a comparison of the current value of the cutting power (the signal coming from the output of the power sensor) and a given calculated value of the cutting power. Block 7 receives a signal corresponding to the rotation speed of the feed drive 3, which is necessary for the correction and adaptation of the adaptive control system with changes in the metalworking process (allowance, tool wear, etc.). Comparison of these two values forms a technological feedback signal on cutting power.

Схема блока обратной связи (блока адаптивного управления) построена на операционных усилителях, например типа К140УД7. The feedback unit circuit (adaptive control unit) is built on operational amplifiers, for example, type K140UD7.

Устройство числового программного управления вырабатывает также сигнал управления электроприводом 5 главного движения, выполненном на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя, управление которым сводится к управлению процессами пуска и торможения. The numerical control device also generates a control signal for the electric drive 5 of the main movement, made on the basis of an asynchronous squirrel-cage motor, the control of which is reduced to controlling the starting and braking processes.

Электропривод подачи 3 представляет собой известный комплектный электропривод постоянного тока с большим диапазоном регулирования, работающий в системе подчиненного управления, например электропривод типа ЭТУ 3601, ЭШИР-1-А, Меzomatik, TNP и др. Выход сумматора 2 (сигнал U_у) подключен к входу схемы управления электропривода подачи. Величина этого сигнала определяет выходную величину электропривода подачи 3 (подача S), которая, в свою очередь, является входной величиной модели процесса резания 4. Одновременно на электропривод подачи воздействует момент нагрузки M_п, возникающий в процессе резания (выходная величина модели процесса резания 4), который воздействует также на электропривод главного движения 5 - момент M_z, чья выходная величина (частота вращения n_ш) в свою очередь влияет на величину нагрузки М_п.The feed drive 3 is a well-known complete DC drive with a large control range, operating in a slave control system, for example, an ETU 3601, ESHIR-1-A, Mezomatik, TNP drive, etc. The output of adder 2 (signal U _у ) is connected to the input feed drive control circuits. The magnitude of this signal determines the output value of the feed drive 3 (feed S), which, in turn, is the input value of the cutting process model 4. At the same time, the load drive M _p arises during the cutting process (output value of the cutting process model 4) , which also acts on the electric drive of the main movement 5 - the moment M _z , whose output value (speed n _w ) in turn affects the magnitude of the load M _p .

Вторая выходная величина электропривода главного движения - мощность резания Р подается на вход датчика 6 мощности, что достигается путем его включения в цепь статора асинхронного двигателя электропривода главного движения. Выход датчика мощности подключается к одному из входов блока 7 адаптивного управления, к второму входу которого подключен выход тахогенератора электропривода подачи 3 с напряжением U_тг, а к третьему - выход блока 20 управления.The second output value of the main drive electric drive - cutting power P is supplied to the input of the power sensor 6, which is achieved by connecting it to the stator circuit of an asynchronous motor of the main drive electric drive. The output of the power sensor is connected to one of the inputs of the adaptive control unit 7, the second input of which is connected to the output of the tachogenerator of the electric drive feed 3 with a voltage of U _tg , and the output of the control unit 20 is connected to the third.

Технологическая обратная связь по мощности выполняется нелинейной и при превышении мощностью заданного значения сигнал с выхода блока адаптивного управления - ΔU поступает на вход сумматора 2. Technological power feedback is non-linear and when the power exceeds a predetermined value, the signal from the output of the adaptive control unit ΔU is fed to the input of the adder 2.

Блок управления 20 программирует цикл команд и работает следующим образом. При включении электропривода главного движения в момент времени t₁ последовательно t₂ вырабатываются сигналы управления 1 и 2, поступающие в АЦП 9 и блок 10 памяти, под воздействием которых происходит запись в блоке памяти значения сигнала с датчика мощности, соответствующего мощности холостого хода двигателя привода главного движения. В момент времени, соответствующий врезанию инструмента в заготовку, срабатывает компаратор 13, сигнал с выхода которого поступает на вход блока 20 управления, и последний в момент времени t₃ и последовательно t₄ вырабатывает сигналы 3 и 4, поступающие в ЦАП 14 и блок 15. Под воздействием этих сигналов в блоке памяти 15 записывается значение сигнала, пропорциональное значению мощности резания острым (новым) инструментом. В момент контроля состояния инструмента t₅ сигналом 5 с выхода блока управления 20 размыкается контур адаптивного управления электроприводом подачи и осуществляется диагностирование, а в момент времени t₆ по окончании контроля контур адаптивного управления замыкается по команде того же сигнала. Сигналы 6 с блока управления 20 поступают на стробирующие входы компараторов 18 и 19, которые с помощью уставок U₁ и U₂, характеризующих допустимый износ инструмента или его поломку, диагностируют состояние инструмента.The control unit 20 programs a cycle of commands and operates as follows. When the main drive electric drive is turned on at time t ₁ , the control signals 1 and _{2 are} generated sequentially to the ADC 9 and the memory unit 10, under the influence of which the signal value from the power sensor corresponding to the idling power of the main drive motor is recorded in the memory unit movement. At the time point corresponding to the cutting of the tool into the workpiece, the comparator 13 is triggered, the signal from the output of which goes to the input of the control unit 20, and the last one at the time t ₃ and sequentially t ₄ generates signals 3 and 4, which enter the DAC 14 and block 15. Under the influence of these signals in the memory block 15, the signal value is proportional to the value of the cutting power with a sharp (new) tool. At the time of monitoring the state of the tool t _5, signal 5 from the output of the control unit 20 opens the adaptive control circuit of the feed drive and diagnoses, and at time t _6, at the end of the control, the adaptive control circuit is closed by the command of the same signal. Signals 6 from the control unit 20 are fed to the gate inputs of the comparators 18 and 19, which, using the settings U ₁ and U ₂ characterizing the allowable wear of the tool or its breakdown, diagnose the state of the tool.

В устройстве применяются типовые компараторы, выпускаемые отечественной промышленностью, например серии К554СА1 и аналогичные им. The device uses typical comparators manufactured by the domestic industry, for example, the K554CA1 series and similar ones.

Если текущее значение мощности, фиксируемое на сумматоре 17, окажется меньше соответствующего уставкам U₁ и U₂, то цикл повторяется. При поломке инструмента блоком управления вырабатывается сигнал, поступающий в устройство числового программного управления, которое после обработки этого сигнала выдает команду на останов электропривода подачи и электропривода главного движения. Одновременно происходит включение аварийной световой и звуковой сигнализации на пульте оператора.If the current power value recorded on the adder 17, is less than the corresponding settings U ₁ and U ₂ , then the cycle repeats. When the tool breaks down, the control unit generates a signal that enters the numerical control device, which, after processing this signal, issues a command to stop the feed and main drive electric drives. At the same time, an emergency light and sound alarm is activated on the operator panel.

При проявлении допустимого износа инструмента по сигналу блока управления 20 информация об этом записывается в память устройства числового программного управления и отображается на пульте оператора. Если станок оснащен устройством автоматической смены инструмента, то осуществляется его замена без вмешательства оператора. When the allowable wear of the tool is shown by the signal of the control unit 20, information about this is recorded in the memory of the numerical control device and displayed on the operator panel. If the machine is equipped with an automatic tool changer, it is replaced without operator intervention.

Блок 20 управления может быть реализован на контролере, например, типа К1-20, МБ-57 и др., а также в виде программы устройства 1 ЧПУ. The control unit 20 can be implemented on the controller, for example, type K1-20, MB-57, etc., as well as in the form of a program of the device 1 CNC.

Использование устройства диагностики состояния режущего инструмента в системе управления процессом металлообработки позволяет повысить эффективность обработки путем сокращения машинного времени обработки на 14-40% в зависимости от конкретных условий процесса металлообработки и применяемого оборудования за счет регулирования величины рабочих подач так, чтобы мощность резания поддерживалась на заданном уровне, и своевременной замены износившегося инструмента. The use of a diagnostic tool for the state of the cutting tool in the metalworking process control system allows to increase the processing efficiency by reducing the machining time by 14-40% depending on the specific conditions of the metalworking process and the equipment used by adjusting the working feeds so that the cutting power is maintained at a given level , and timely replacement of the worn tool.

Claims

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА СТАНКЕ С ЧПУ, включающем в себя привод подачи с блоком обратной связи и привод главного движения, содержащее датчик мощности, вход которого связан с выходом привода главного движения, а выход соединен с входом блока обратной связи, схему обработки сигнала, выход которой связан с выходом датчика мощности, и блок управления, отличающееся тем, что схема обработки сигнала включает в себя соединенные последовательно фильтр, вход которого является входом схемы обработки сигнала, первый аналого-цифровой преобразователь, первый блок памяти, первый цифроаналоговый преобразователь, первый сумматор и первый компаратор, соединенные последовательно второй аналого-цифровой преобразователь, второй блок памяти, второй цифроаналоговый преобразователь, второй сумматор и второй компаратор, а также третий компаратор, при этом выход датчика мощности соединен с входом фильтра, выход которого связан с входом первого сумматора, а выход первого сумматора соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя и входом второго сумматора, выход которого связан с входом третьего компаратора, при этом выходы первого, второго и третьего компараторов являются выходами схемы обработки сигнала и соединены с входами блока управления, а выходы блока управления связаны с входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, входами первого и второго блоков памяти, входом блока обратной связи и входами второго и третьего компараторов. DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF THE STATE OF THE CUTTING TOOL ON THE CNC MACHINE, which includes a feed drive with a feedback unit and a main drive, containing a power sensor, the input of which is connected to the output of the main drive, and the output is connected to the input of the feedback unit, signal processing circuit the output of which is connected to the output of the power sensor, and a control unit, characterized in that the signal processing circuit includes a series-connected filter, the input of which is an input to the signal processing circuit, the first analog-to-digital converter, the first memory block, the first digital-to-analog converter, the first adder and the first comparator, connected in series to the second analog-to-digital converter, the second memory block, the second digital-to-analog converter, the second adder and the second comparator, as well as the third comparator, with the output the power sensor is connected to the input of the filter, the output of which is connected to the input of the first adder, and the output of the first adder is connected to the input of the second analog-to-digital converter and the input of the second the adder, the output of which is connected to the input of the third comparator, while the outputs of the first, second and third comparators are the outputs of the signal processing circuit and connected to the inputs of the control unit, and the outputs of the control unit are connected to the inputs of the first and second analog-to-digital converters, inputs of the first and second blocks of memory, the input of the feedback block and the inputs of the second and third comparators.