SU947830A1 - Аналого-цифровое устройство дл управлени токарным станком - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к айтоматй ческому управлению металлорежущими станками и, в частности; токарными станками, предназначенными дл  обработки , наприме|С, торцовых поверхностей .

.Известны устройства дл  управлени  токарньлу станком.

одно из известных устройств содержит последовательно включенные датчик .положени  суппорта, например, се.пьсин, блок перемножени  напр жени  датчика положени  суппорта и Напр жени , пропорционального скорое ти вращени  двигател  главного движени , блок сравнени  напр жени  задатчика скорости резани  и блока перемножени , усилитель, электропривод главного движени  и механический редуктор. К обмотке возбугсдени  подключен задатчик диаметра обработки , а между вторичными обмотками датчика положени  включены крайние точки сдвоенного потенциометра дл  компенсации вылета инструмента этом устройстве датчик положени  работает в амплитудном режиме, что приводит к р ду недостатков, например, к значительным погрешност м в подд зржании скорости резани на заданном уровне, обусловленном нелинейностью выходного напр жени  датчика от угла поворота ротора и наличием механизма с большим передаточным отношением между винтом поперечного перемещени  суппорта и осью датчика. Кроме того, коэффициент передачи блока перемножени  измен етс  в широких пределах, что приводит к дополнительному снижению точности работы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  устройство дл  управлени  токарным станком, содержащее последовательно включенные импульсный датчик, состо щий из опорного канала, преобразовател  пр моугольного напр жени  в синусоидальное, датчика положени  суппорта, преобразовател  фаза-код и блока вычислени  приращений фазы, делитель частоты, узел реверса, реверсивный счетчик, широтно-импульс ,ный преобразователь, амплитудный широтно-импульсний модул тор, блок сравнени  напр жени  задатчика скорости резани  и модул тора, усилите .пь с переменным коэффициентом передачи, электропривод главного движени , выход которого через датчик скорости подключен к входу модул тора , а также блок ввода, состо щего Из эадатчика диаметра обработки , преобразовател  фаза-код и ключа соединенного выходами с установочными входами реверсивного счетчика, а входами с соответствукмдиМи выходами опорного канала и преобразовател  пр моугольного 1апр жени  в синусоидальное 2.

В этом устройстве дл  перемножени величин, пропорциональных радиусу обработки и угловой скорости вращени детали, используетс  временна  развертка кода реверсивного счетчика в широтно-импульсный сигнал. При этом наблюдаетс  информационна  избыточность основных блоков устройства, та как разр дность счетчика опорного канала преобразователей фаза-код, блока вычислени  приращений фазы и широтно-импульсного преобразовател  должна соответствовать разр дности реверсивного счетчика, осуществл ющего контроль положени  инструмента.

Указанный фактор приводит также к промежуточной операции согласовани  между величиной число-импульсньлх приращений фазы датчика положени  и кодом реверсивного счетчика, осуществл емой делителем частоты. Кроме того, в р де случаев, например, при обработке обратным резцом, необходим абсолютный отсчет по радиусу обработки относительно центра обрабатываемого издели . В данном устройстве при прохождении реверсивного счетчика через нулевое состо ние, соответствующее нулевому радиусу обработки, и последующем продолжении движени  код счетчика мен етс  на обратный. Это приводит к пусковым режимам работы двигауел  при работе вблизи оси вращени  детали, вносит ограничени  на использование устройства .

Цель Изобретени  - упрощение устройства и расширение области его применени .

Поставленна .цель достигаетс  тем, что аналого-цифровое устройство дл  управлени  токарным станком, содержащее импульсный датчик перемещени  суппорта, привод главного движени , лоследовательно включенные узел реверса и реверсивный счетчик, установочные входы которого соединены с выходами блока ввода, а информационные выходы с управл ющими входами цифро-аналогового преобразовател , и последовательно включенные задатчик скорости резани , блок сравнени  и усилитель, содержит логический переключатель, элемент задержки , интегрирующий усилитель, выход которого подключен к входу привода главного движени  и через цифро-ансшоговый преобразователь к второму входу блока сравнени , а вход соединен с выходом усилител , причем первый и второй выходы импульсного датчика перемещени  суппорта подключены к первым входам узла реверса через соответствующие элементы задержки и к первым входам логического переключател , второй вход которого соединен с выходом нулевого состо ни  реверсивного счетчика, а выходы подключены к вторым входам узла реверса.

Импульсный датчик перемещени  суппорта содержит первые, вторые и третьи триггеЕ«а и формирователи импульсов и осветитель, расположенный внутри стакана с отверсти ми, соединенного с ходовым винтом суппорта, три фотодиода, установленные со сдвигом на четверть угла между отверсти ми стакана, каждый из которых включен по схеме .делител  с соответствующим резистором между шинами питани , средние точки делителей подключены к входам соответствующих формирователей импульсов, входы первого и третьего формирователей импульсов подключены соответственно к установочным R-входам третьего и первого триггеров и установочным S,R-BX дам второго триггера, пр мой выход которого подключен к J,K-вxoдaм первого триггера, а инверсный выход к J,К-входам третьего триггера, синхронизирующий вход которого подключен к входу первого триггера и к выходу второго формировател  импульсов, причем инверсные выходы первого и третьего триггеров подключены к собственным вторым J,К-входам, а пр мыек выходам датчика.

Кроме того, в качестве импульсного датчика положени  суппортаиспользован интерпол тор системы программного управлени .

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 схема импульсного датчика перемещени  суппорта на фиг. 3 - схема узла реверса; на фиг. диаграммы импульсов и напр жений.

Устройство (фиг. 1) содержит импульсный датчик 1 перемещени  суппорта , элементы 2 и 3 задержки, логический переключатель 4, узел 5 реверса, реверсивный счетчик 6, блок 7 ввода, цифро-аналоговый преобразователь 8, задатчик 9 скорости резани , блок 10 сравнени , усилитель 11, интегрирующий -усилитель 12 и привод 13 главного движени  с выходом на станок. В свою очередь, переключатель 4 состоит из элементов И-НЕ 15, 16 и триггера 17 R,S типа, цифро-аналоговый преобразователь 8 содержит операционный усилитель 18, в цепи обратной св зи которого включен резистор 19, в пр мые,резисторы 20, набранные по двоичному закону, и ключи 21, интегрирующий усилитель 12 состоит из операционного усилител  22, резистора 23, .конденсатора 24 и цепи ограни чени ,, состо щей из диодов 25 и резисторов 26 и 27. Датчик 1 состоит (фиг, 2) из стакана 28 с отверсти ми 29, соединенного с ходовым винтом инструментального суппорта, осветитель 30, расположенный внутри стакана, резисторов 31-33 и фотодиодов 34-36, включенных по схеме делител  между шиной питани  и шиной ЗЕМЛЯ,формирователей 37-39, импульсов триггера 40 R, S типа, триггеров 41, 42 Зк типа. Узел 5 реверса содержит (фиг. 3) элементы И 43-46 и ИЛИ 47, 48. Стабилизаци  скорости резани  достигаетс  в предлагаемом устройстве путем преобразовани  величины, тождественно равной ргщиусу обработки R, в управл ющее воздействие, задающее угловую скорость врсодени  детали tti в соответствии с операцией аи V/R, где V - скорость резани . Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. С помощью датчика 1 вырабатываетс  число-импульсна  информаци  о пути , пройденном инструментги1ьным суппортом . Импульсы датчика 1 накапливаютс  счетчиком 6. В результате это го текущие значени  радиуса обработки преобразуютс  в код (фиг. 4м). Канал прохождени  импульсов определ  етс  как выходом датчика 1, так и направлением отсчета относительно центра издели . Счетные последовател ности на выходах датчика 1 разделены и св заны с направлением вращени  ходового винта суппорта. Независимо от направлени  в ащени  при дви)хении к центру издели  импульсы с датчика 1 (фиг. 4ж) поступают на вычитающий вход счетчиков 6 (фиг. 4к), при движении от центра на суммирующий вход (фиг. 4л) Абсолютный отсче относительно центра издели  осуществл етс  с помощью переключател  4 и узла 5. Коммутаци  направлений счета импульсов производитс  триггером 17 в момент перехода счетчика б через нуль (фиг. 4и,к,л,м). При этом на вы ходе счетчика б по вл етс  сигнал, разрешающий прохождение импульсов датчика 1 через элементы И-НЕ 15 и 16 на установочные входы триггера 17 После прохождени  счетчика 6 через нулевое состо ние и дальнейшем движении суппорта триггер 17 сохран ет свое состо ние (фиг.. 4и) , определиющее каналы прохождени  импульсов датчика 1 через узел 5. С целью искл чени  сбоев и потери информации о положении суппорта импульсы датчика 1 задерживаютс  элементами 2 и 3, на врем  срабатывани  переключател  4. Счетные последовательности вырабатываютс  датчиком 1 (фиг. 2) следующим образом. В зависимости от направлени  вращени  ходового винта инструментального суппорта пор док.засветки фотодиодов 34-36 различен. В момент засветки на выходе делителей, образованных фотодиодами 34-36 и резисторами 31-33, образуютс  перепады напр жений , которые формируютс  в пр моугольные импульсы формировател ми 37-39. При пр мом направлении вращени  винта суппорта происходит последовательное по вление импульсов на выходах формирователей 37-39, при другом направлении срабатывание формирователей происходит в обратном пор дке (фиг. 4а,б,в). В первом случае после срабатывани  триггера 40 (фиг. 4г), с помощью которого формируетс  признак направлени  движени , выдаетс  разрешающий сигнал на входы триггера 41. Признак направлени  определ етс  стробирующим импульсом с формировател  38 (фиг. 4б), по заднему фронту которого происходит срабатывание триггера 41 (фиг. 4д). Сброс триггера в исходное состо ние происходит в момент засветки фотодиода одновременно с опрокидыванием триггера 40 (фиг. 4г,д). Триггер .42 находитс  при этом в исходном состо нии, так как к входам 3, К наложен запрет с инверсного выхода триггера 40. В случае изменени  пор щка срабатывани  формирователей 37 - 39 импульсы вырабатываютс  на выходе триггера 42 (фиг. 4з). Работа датчика 1 не зависит от характера выходных сигналов с чувст.вительных элементов. Представл ют они собой потенциальные сигналы или импульсные последовательности характер выходных сигналов триггеров остаетс  неизменным. Дл  исключени  неоднозначности считывани  инфор1у1ации , которое аналогично эффекту Дребезга контактов, инверсный выход триггеров 41, 42 подключен к собственным информационным входам D, К. Контур задани  скорости вращени  двигател  главного движени  (фиг.1), состо щий из задатчика 9, блока 10, усилител  11 (Интегрирукнцего усилител  12 и преобразовател  В,предназначен дл  преобразовани  кода счетчика 6 в управл ющее воздействие, зацающее скорость вращени  двигател . С помощью задатчика скорости резани  выставл етс  напр жение Uy, пропорциональное скорости резани . Цифроаналоговый преобразователь осуществл ет переменожение напр жени  с интегратора иш и кода счетчика N, пропорционального текущему радиусу обработки путем амплитудно-кодовой модул ции (фиг. 4м). При этом ключи 21 коммутируют сопротивлени  (резисторы ) 20, набранные по двоичному закону, измен   тем Сс1мым коэффициен передачи усилител  18, За счет включени  усилител  12 контур задани  скорости астатический. В статике напр жение задатчика 9 и напр жение отрицательной обратной св зи с преобразовател  8 равны. Величина напр женин на выходе усилител  12 при это пр мо пропорциональна напр жению задани  на скорости резани  и обратн пропорциональна относительному радиусу обработки. Режим работы усилител  11 близок к релейному. При уменьшении радиуса обработки происходит уменьшение коэффициента передачи преобразовател  8, что, в свою очередь, вызывает увеличение наиболь шей посто нной контура задани  скорости двигател , обусловленной посто нйой времени усилител  12. Таким образом, демпфирование контура возрастает и в динамическом режиме крива  Utt)(t) достаточно близка к кривой |y(t) (фиг. 4м).С. целью ограничени  скорости привода главного движени , обусловленного конструктивными возможност ми станка, напр жение на выходе усилител  12 ограничиваетс  цепью 25-27 (фиг. 4м).

В начале работы с помощью блока 7 в счетчик б записываетс  число пропорциональное рассто нию режущей кромки инструмента относительно цент ра детали. В простейшем случае дл  универсальных токарных станков можно ограничитьс  сбросом счетчика 6 в нулевое состо ние при подводе резца к центру издели . В процессе работы скорость вращени  двигател  главного движени  измен етс  в соответствии с изменением радиуса обработки , что позвол ет поддерживать скорость резани  на оптимальном уров не. В соответствии с изменением скорости двигател  происходит зависимое изменение скорости вращени  шпиндел  и скорость пода.чи суппорта станка.

Поедлагаемое устройство может быт использовано не только в универсальных станках, но и в станках с программным управлением. Принципиальной разницы между импульсным датчиком и интерпол тором системы программного : управлени  с точки зрени  получени  необходимой информации о рассто нии, пройденном суппортом, нет. Дл  станков с программным управлением импульсгные последовательности берутс  с интерпол тора по координате, с которой св зана обработка поперечного движени  суппорта.

Введение предлагаемого устройства в станок позвол ет обеспечить одинаковые услови  обработки во всем диапазоне изменени  радиуса обработки, повысить производительность при обработке и качество издели . Введение новых элементов позвол ет упростить устройство, исключить пусковые режимы работы привода вблизи центра издели , а также расширить область его применени .

Claims (3)

1.Аналого-цифровое устройство дл  управлени  токарным станком, содержащее импульсный датчик перемещени  суппорта, привод главного движени , последовательно включенные узел реверса и реверсивный счетчик, установочные входы которого соединены с выходами блока ввода,

а информационные выходы - с управл ющими входами цифро-аналогового преобразовател , и последовательно включенные задатчик скорости резани , блок сравнени  и усилитель, отличающеес  тем, что, с целью упрощени  и расширени  области применени  устройства, оно содержит логический переключатель, элемент задержки, интегрирующий усилитель , выход которого подключен к входу привода главного движени  и через цифро-аналоговый преобразователь к второму входу блока сравнени , а вход соединен с выходом усилител , причем первый и второй выходы импульсного датчика перемещени  суппорта подключены к первым входам узла реверса через соответствующие элементы задерлски и к первым входам логического переключател , вторюй вход которого соединен с выходом нулевого состо ни  реверсивного счетчика , а выходы подключены к вторым входам узла реверса.

2.Устройство по П.1, о т л и чающеес  тем, что импульсный датчик перемещени  суппорта содержит первые, вторые и третьи триггеры и формирователи импульсов и осветитель , расположенный внутри станка с отверсти ми, соединенного с ходовым винтом суппорта, три фотодиода , установленные со сдвигом на четверть угла между отверсти ми стакана , каждый из которых включай по схеме делител  с соответствующим резистором между шинами питани , средние точки делителей подключены к входам соответствующих формирователе импульсов, входы первого и третьего формирователей импульсов подключены соответственно к установочным R-входам третьего и первого триггеров и установочным S, R-входам второго тригера , пр мой выход Которого подключен к J, К-входам первого триггера,

а инверсный, выход к , К-входам третьего триггера, синхронизирующий

вход котфрого подключен к входу перBoio триггера и--к выходу второго формировател  иктульсов, причем инверсные выходы первого и третьего триггеров подключены к вторым tT, К входам а пр мые выходы - к выходам датчика.

3. Устройство по п.1, отличающеес  тем, что в качестве

.импульсного датчика положени  суппорта использован.интерпол тор системы программного управлени .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 486895, кл. В,23 Q 15/00, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР по за вке 2830973/18-24,

кл. 6 05 В 19/40, 1979 (прототип).