SU875338A1 - Устройство дл поддержани посто нной скорости резани - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к станкестроению и может быть использовано в токарных станках дл  обработки торцовых поверхностей.Известны устройства дл  управлени  станком, в которых режим поддержани  посто нства скорос и резани  реализуетс  за счет введени  основной, обратной св зи по величине, пропорци- / ональной скорости резани , получаемой в результате перемножени  величин, пропорциональных диаметру обработки и угловой скорости вращени  детали 1 и 12. ,

В потенциометрических схемах перемножение сигналов не вызывает усложнени  устройства, однако наличие скольз щих контактов потенциометра приводит к низкой надежности устрой- 20 ства. В устройстве с датчиком положени  суппорта необходимо наличие блока перемножени , существенно усложн ющего устройство. ., Общим недостатком устройств, рабо- тающих по данному принципу,  вл етс  то, что статизм систем регулировани  оказываетс  зависимым от величины диаметра обработки, так как блок перемножени  представл ет собой звено, 30

коэффициент передачи которого  вл етс  функцией диаметра обработки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  поддержани  посто нной скорости резани , содержащее функциональный преобразователь, реле, задатчик и датчик скорости и усилители t3 .

Недостатком известного устройства  вл етс  сложность.

Цель изобретени  - упрощение и повышение надежности устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  поддержани  посто-.  нной скорости резани , содержгицее датчик скорости двигател  главного движени , задатчик начальных условий, усилитель с переменным коэффициентом усилени , информационный вход которого подключен к выходу суммирующего усилител , функциональный преобразователь , ключ и задатчик скорости, содержит аппроксиматор потерь холостого хода, дифференциатор, релейный блок, блок сравнени  и датчик тока двигател  главного движени , выход которого подключен к первому информационному входу суммирующего уснлител , второй и третий информационные входы которого через аппроксиматор потерь холостого хода и дифференциатор соответственно подключены к выходу датчика скорости двигател  глав rforo движени  и к первому входу блока сравнени , соединенного вторым входом через функциональный преобразователь с выходом усилител  с переменным коэффициентом усилени , а выходом - со входом релейного блока, выход которого подсоединен к управл ющему входу ключа, соединенного первым информационным входом с выходом функционального преобразовател  вторым информационным входом, - с выходом задатчика скорости, а выходом - с выходом устройства, причем управл ющие входы суммирующего усилител  и усилител  с переменным коэффициентом усилени  подключены к выходу зaдaтч кa начальных условий. На фиг.1 представлена функциональ на  схема предлагаемого устройства, на фиг.2-4, - диаграммы его работы. Устройство {фиг.1) содержит задатчик 1 начальных условий, суммирую щий усилитель 2, усилитель 3 с переменным коэффициентом усилени , функциональный преобразователь 4, задатчик 5 скорости, электропривод 6, ключ 7, релейный блок 8, входна  клемма 9, блок 10 сравнени , датчик 11 тока двигател  главного движени  аппроксиматор 12 потерь холостого хода, дифференциатор 13, потенциомет ры 14 и 15, операционный усилитель 16, резистор 17, операционный усили тель 18, резисторы 19, диоды 20, резисторы 21 и 22 и датчик 23 скоро ти двигател  главного движени . Задатчик 1 служит дл  вывода на точку характеристики преобразовател 4 соответствующую скорость вращени  двигател , задаваемую задатчиком 5 соответствие с начальным диаметром обработки заготовки и скоростью резани , а также дл  управлени  усили телем 3 с целью приведени  величины сигнала с датчика 11 к величине соответствующей максимальной нагрузке двигател . Преобразователь 4 осуществл ет преобразование .входногосигнала в соответствии с зависимостью скорости вращени  от диаметра обработки дл  выбранной скорости резани . Блок 10 совместно с блоком 8 и ключом 7 служит дл  определени  момента переключени  управлени  электропривода 6 на контур работы по нагрузке двигател . Усилитель 2 совместно с аппрокси матором 12 и дифференциатором 13 служит дл  выделени  сигнала, харак теризующего процесс резани . Принцип действи  устройства осно ван на том, что в процессе обработк торцовых поверхностей детали величи на статического момента на валу дви гател , обусловленного процессом резани , пропорциональна текущему диаметру обработки, и, следовательно, момент, ток, потребл ема  мощность двигател  могут быть использованы в качестве основных величин дл  изменени  скорости вращени  двигател  с целью поддержани  посто нства скорости резани  при изменении диаметра обработки. Дл  вьаделени  сигнала, характеризующего непосредственно процесс резани , из тока двигател  вычитаетс  составл юща  холостых потерь и динамическа  составл юща . Этот сигнал формируетс  усилителем 2, на который поступают сигналы с датчика 11, аппроксиматора 12 и дифференциатора 13. Составл юща  потерь холостого хода формируетс  аппроксиматором 12 в функции напр жени  датчика 23,пропорционального скорости вращени  заготовки , путем кусочно-линейной аппроксимации характеристики потерь холостого хода в механизме станка. Формирование динамической составл ющей осуществл етс  также в функции напр жени  датчика 23, причем так как динамическа  составл юща  оказывает существенное вли ние на работу при высоком темпе изменени  скорости вращени , когда статический момент нагрузки стремитс  к нулю, то в качестве дифференциатора 13 можно использовать реальное дифференцирующее звено. К основным факторам, вли ющим на результирующую тока двигател , относ тс  величина диаметра обработки заготовки и припуск на съем металла. Приведение результирующей тока к величине,тождественно равной положению инструментального суппорта относительно центра обрабатываемой детали и характеризующей максимальный ток нагрузки, осуществл етс  с помощью задатчика 1 к начальным услови м процесса резани . При этом в процессе сравнени  напр жений одновременно с изменением напр жени  задатчика 1 на входе усилител  2 происходит обратно пропорциональное изменение коэффициента передачи .усилител  3, т.е. независимо от величины задак цего сигнала при сведении момента нагрузки к нулю величина выходного напр жени  усилител  3 будет оставатьс  неизменной и пропорциональной максимальному диаметру обработки. Сигнал с усилител  3 поступаетна преобразователь 4, осуществл ющий преобразование входного сигнала в соответствии с зависимостью скорости вращени  ш двигател  от величины радиуса обработки Vp /(RO - L) Vol R, (1) где VQ iRc( - скорость резани  и радиус обработки, прин тые за начальные дл 

линейно-кусочной аппроксимации зависимости частоты Ёрсццени  от радиуса обработки R RO -L ;

L - текущее рассто ние, пройденное суппортом от начальной точки отсчета к центру издели  (фиг.2, где приведена также идеальна  карактеристика преобразовател  в координатах U«,U.). Скорость резани  задают путем задни  скорости вращени  двигател  главного движени  с помощью задатчика 5 в соответствии с первоначальным диаметром обработки. После врезани , поворотом руко тки потенциометра 14, добиваютс  соответстви  между выходным напр жением преобразовател  4 и напр жением, пропорциональным скорое ти вргидени  двигател  движени . В момент равенства данных напр жени , поступающих на блок 10, происходит срабатывание блока 8 и переключение сигнала управлени  электроприводом 6 на контур работы по нагрузке двигател .

Величина зоны срабатывани  блока 8 выбираетс  из услови  обеспечени  необходимой точности выхода на точку характеристики преобразовател  4, служащего згщатчиком скорости вращени  двигател  главного движени при переключении на контур работы по нагрузке двигател . При этом с помощью сигнальных ламп осуществл етс  индикаци  состо ний блока 8. По показани м ламп оператор прекращает поворот руко тки потенциометров 14 и 15. С целью исключени  сбоев при настройке на режим резани  перекл.ючение на контур работы по нагрузке двигател , осуществл емое с помощью ключа 7,. происходит с вьадержкой времени. Необходимым условием переключени   вл етс  также нахождение сигнала с вы хода блока 10 в зоне срабатывани  блока 8.

При соблюдении указанных условий происходит срабатывание релейного блока 8 и фиксаци  его состо ни , в котором он находитс  до конца обработки детали. При этом вход электропривода 6 подключен через ключ 7 к выходу функционального преобразовате ,л  4. Новый цикл работы начинаетс  /при подаче сигнала на клемму 9. j Таким образом, происходит выход иа первоначальную точку нелинейног.о задани  на скорость вращени  двигател  в зависимости от тока нагрузки. Масштаб сигнала обратной-св з и по нагрузке двигател  при этом определ етс  углом поворота потенциометра 14, задатчика 1, с которым св зан обратно пропорциональной зависимостью коэффициент передачи усилител  3, а

начальное улссогласование с усилител  2 определ ет точку на характеристике преобразовател  4, соответствующую первоначальному заданию на скорость вращени  двигател . Дальнейшее движение к центру детёши осуществл етс  в соответствии с уменьшением тока нагрузки двигател  и масштабом его по отношению к диаметру обработки .

При обработке деталей могут иметь место два характерных случа , соответствующих режиму обработки деталей с одинаковым начгшьным диаметром, но в одном случае - с варьируемым припус ком на съем металла, а в другом - с варьируемой скоростью резани .

Рассмотрим случай обработки деталей с одинаковым начальным диаметром, когда варьируемым параметром  вл етс  припуск на съем металла, а скорост резани  остаетс  посто нной и соответствует базовой Vg . Входное напр жение преобразовател  4 в общем случае можно записать в виде

3 (и -UJ)KU лиКз, (2)

и

где K,j - коэффициент передачи усилител  3- с переменным коэффициентом усилени . Условие равенства тока нагрузки нулю выполн етс  при перемещении суппорта на рассто ние L RQ. При этом независимо от первоначального напр жени  и, которое в данном случае выбираетс .из услови  равенства сигНсша задани  U и сигнгша обратной св зи Ujo на первоначальном диаметре обработки R g , напр жение на входе преобразовател  4 должно оставатьс  неизменным и тождественно равным проходимому рассто нию L RO при U О

(3)

Uj Uo и, КзЭто условие выполн етс  при Kj Ug/U т.е. коэффициент передачи усилител  3 должен измен тьс  обратно пропорционально U с тем, чтобы обеспечить условие независимости конечного значени  напр жени  с выхода функциоНсшьного преобразовател  и от величины припуска на съем металла. При изменении диаметра заготовки и неизменной скорости резани  VQ задатчиком ;вращени  в соответствии с измененным диаметром заготовки. Равенство сигналов с выхода преобразовател  4 и датчика 23 определ ет в данном случае точку 1 на характеристике u) f(/p,R). Начальное значение напр жени  на входе функционального преобразовател  и 3 лиКз соответствует пройденному пути от точки отсчета R fto, а дальнейшее изменение скорости вращени  происходит по кривой Vj в соответствии с пройденным рассто нием, т.е. 1при изменении диаметра заготовки и

равенстве припусков на съем металла и других условий резани  выходное напр жение с задатчика 1 остаетс  неиЭменным и равным U, Uj при R Rp. ВторЬй случай соответствует режиму обработки деталей с одинаковыми начальными параметрами, но различнь ми скорост м резани . Выражение (1) дл  данного режима можно записать в виде

(4)

uj KyVo/R ш VO/KRR, где KV V/Vj, - масштабный коэффициент по скорости резани  ; Кд I/KV - масштабный коэффициент по радиусу обработки . Из (4) следует, что частоту вращени  шпиндел  в соответствии с изменением скорости резани  можно измен ть путем изменени  характеристи ки преобразовател  4 (характеристику V на фиг.2) или путем изменени  масштаба по радиусу обработки. Более предпочтительным  вл етс  второй вариант, который не св зан с перестройкой преобразовател  4. В рассматриваемой системе изменение масштаба по пройденному пути не вызывает осложнений и св зано лишь с изменением задани  на скорость вращени  двигател  в соответствии со скоростью резани  и диаметром обработки . Рассмотрим доказательство данног утверждени . При скорости вращени  и)7Шов К. раз условный радиус обработки определитс  из следунедего выражени  RO (5) Пройденный путь при этом от точки отсчета R(j равен 1-0 -й.-Х. п- (t о Шп Запишем выражение (2) дл  рассма риваемого случа  в следующем виде L Uj ( Ui)4, где Ujo , KI - коэффици ент, показывающий,во сколько раз на пр жение сигнала задани  U должно превьвцать напр жение обратной св зи U на начальном радиусе RQ дл  того чтобы обеспечить на выходе преобразовател  4 напр жение U 4. , соответствующее скорости вращени  K U QТак как R UioKn, , то из (6) и (7) можно получить два эквива лентных выражени  входного напр жени , определ ющих точку О на харак теристике УО при начальном радиусе

обработки RO и напр жение обратной

св зи Uj(j.

Ку-1

и% U,oKg Ку

(8)

Uj . и,,к(Кг-1).

Подставл   в (8) значение Kj , которое получаетс  из (7) и (2) при Ut О, можно записать следующее равенство

Kt -1

(9) К, Из (7), (8)и (9) следует, что Kv Kj, а К т.е. масштаб обратной св зи по току в случае изменени  скорости резани  в К раз при одинаковых начальном радиусе обработки, припуске на съем металла и других услови х резани  соответствует значению 1/Kv. Это и требовалось доказать. Фиг.3 и 4 иллюстрируют процессы выбора коэффициентов в функции напр жени  задатчика 1 при, обработке деталей с одинаковым начальным радиусом обработки R Rg дл  двух рассмотренных режимо 3, соответствующих работе с различными глубинами резани  t , но в одном случае (фиг.З) с посто нной скорость резани  К 1, а в другом - с варьируемой скоростью резани  KV 1. На фиг.З показано, что независимо от величины припуска t начальнад точка характеристики VQ определ етс  однозначно, а изменение выходного сигнала преобразовател  4 Цд. определ етс  его входным напр жением Uj , св занным через коэффициент К с напр жением рассогласовани  AU , которое зависит от рассто ни , пройденного суппортом,L от начальной точки отсчета. Из фиг.4 следует, что начальна  точка характеристики Vo зависит от скорости резани , и, следовательно, рабочий участок кривой VQ определ етс  выбором коэффициента Ку. Введение новых элементов позвол ет расширить область применени  устройства путем вЕедени  устройства в электроприводы наматывающих устройств и в системы управлени  шлифовальными станками,где измерение соответственно диаметру намотки и износу инструмента с помощью датчика положени  затруднено , но возможен косвенный контроль по величине нагрузки двигател  главного движени .Кроме того,преимуществами, предлагаемого устройства  вл ютс  устранение сложной кинематической цепи между датчиком и инструментальным суппортом и возможность работы на любых скорост х резани  без перестройки функционального преобразовател . Испытани  показали надежность работы устройства и возможность повысить производительность токарного станка при обработке торцовых поверхностей деталей с одновременным повышением качества обработки.

Claims (3)

1.Сандлер А.С. Электропривод и аатш атизаци  ютaллopeжyDIиx станков. М., Высша  школа, 1972., с. 131-133. рис.4.33.

2.Авторское свидетельство СССР 486895, кл. В 23 Q 15/00, 1973.

3.Авторское свидетельство СССР по за вке 2830973,

КЛ.6 05 В 19/02, 1979 (прототип).

ol

KytJ,

о)

О),