Устройство для определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью Советский патент 1985 года по МПК B24B49/10 G05B23/02 

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для исполЬ зования на металлорежущих станках в качестве устройства для опреде7 ления момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью. Известно устройство определения момента касания инструмента с деталью, содержащее генератор механических колебаний, вибродатчик, усилитель, подключенный выходом к вход командоаппарата. Генератор возбуждает механические колебания в плоскости, перпендикулярн ой к плоскости обработки с частотой, лежащей вне спектра частот колебаний станка. Вибродатчик фиксирует кюлебания в плоскости, параллельной плоскости обработки, возникающие в момент касания шлифовального круга с де П , Недостатками данного устройства являются значительная мощность гене ратора механических колебаний для тяжелых металлорежущих станков, сложность конструктивного исполнени и размещения, наладки и обслуживани генератора механических колебаний и вибродатчика.. Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее задатчик частоты, подключенный выходо к информационному входу первого клю ча и входу блока управления часто-той, соединенного выходом с входом инвертора напряжения, снабженного мостом обратных диодов, формировател длительности фазового сдвига, включенный между тиной звена постоянног тока и общей точкой катодной группы диодов и связанный с управляющим вх дом первого ключа, интегратор, втор ключ два одновибратора, третий клю элемент памяти. Теоретические и экспериментальные исследование тока асинхронного двига теля при питании от инвертора напряжения показывают, что при незначительной нагрузке (которая наиболее характерна для работы двигателя глав ного движения металлорежущих станков на холостом ходу перед моментом касания) кривая тока двигателя в пределах полупериода несколько раз проходит через ноль 2J . При такой форме тока возникает неопределенность в определении фазового сдвига между то.ком и напряжением В этом случае формирователь длительности фазового сдвига сформирует подряд два импульса. Устройство в, таком режиме теряет свою работоспособность и не может быть использовано в качестве первичного датчика в устройстве определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем формирования импульса в момент касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью. Поставленная цель достигается тем, что в устройство определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью, содержащее задатчик частоты, подключенный выходом к информационному входу первого ключа и входу блока управ ления частотой, соединенного выходом с входом инвертора напряжения, снабженного мостом обратных диодов, формирователь длительности фазового сдвига, включенный между шиной звена постоянного тока и общей точкой катодной группы диодов и связанньм выходом с зшравляющим входом rtej)вого ключа, подключенного выходом к входам интегратора и второго ключа, соединенного управляющим входом с выходом первого одновибратора, а выходом - с выходом интегратора и с входом третьего ключа, подключенного управляющим входом к входу первого одновибратора и к выходу второго одновибратора, а вьрсодом к входу элемента памяти, введены дифференциатор, компаратор, первый второй и третий элементы И-НЕ, первый второй и третий нуль-органы, элемент, И и датчик напряжения двигателя, под ключенный выходами к входам перйого, второго и третьего нуль-органов, сое диненньос выходами с первыми входами соответственно первого, второго и третьего элементов И-НЕ, подключенных выходами к первому входу элемента И, связанного вторым входом с выходом формирователя длительности фазового сдвига, а выходом - с входом второго одновибратора, причем вторые входы первого, второго и третьего элементов И-НЕ подключены к выходам соответственно второго, третьего и первого нуль-органов.

а выход элемента памяти через дифференциатор - к входу копаратора.

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства} на фиг. 2 - кривые тока двигателя при различной нагруз« ке на валу, на фиг. 3 - временная диаграмма работы устройства.

Качественный анализ кривых 1-3 тока двигателя (фиг. 2), которые построены при различной нагрузке на валу, показывает, что в режиме работы двигателя, который характеризуется кривой 2, за угол между током и напряжением целесообразно принять сумму

.Г){ИТг

Это объясняется тем, что при изменении нагрузки на валу двигателя в процессе врезания режущего инструмента в обрабатываемую деталь, будет изменяться как угол у,, так и угол Поэтому их сумма будет более чувствительным параметром к изменению нагрузки в сравнении с углами (,и у Отметим, что показатель чувствительности является одним из важнейших для устройств определения момента касания. Введение в устройство

датчика напряжения двигателя, трех

нуль-органов и трех логических элементов И-НЕ по.зволяет получить последовательность прямоугольных импульсов с длительностью Т/6 и периодом повторения Т/3, где Т - период тока статора двигателя. Введение логического элемента И позволяет осуществит управление преобразователем фазового сдвига в напряжение в соответствии со. следующим алгоритом: если ток двигателя имеет форму аналогичную кризой 1 или 3, базовый сдвиг определяется углом у , который и преобразуется в напряжение, если ток двигателя имеет форму аналогичную криво 2, фазовый сдвиг определяется суммой углов J,2 которая и преобразуется напряжение. Введение дифференциатора и компаратора позволяет получить сигнал, фиксирующий момент касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью.

На фиг. 2 и - фазное напряжение двигателя, iqj - фазный ток двигателя, rj - мощность нагрузки на валу двигателя, Рц - номинальная мощность двигателя, Т - период тока статора двигателя. На фиг. 3Uft,UB,Uo- Напряжение на первом, втором и третьем выходах датчика напряжения соответственно, U,,U2 .iJ напряжение на выходе первого, второго и третьего нуль-органа, соответственно, U - напряжение на выходе элементов И-НЕ, - выходное напряжение формирователя длительности фазового сдвига, (J i - напряжение на выходе интегтатора, Цjнапряжение на выходе элемента И , lit- напряжение на выходе первого одновибратора U - напряжение на выхде второго одновибратора, Ug- на- . пряжение на выходе элемента памяти.

Устройство содержит управляющий вьтрямитель 1, LС-фильтр 2, мост обратных диодов 3, инвертор 4 напряжения, датчик 5 напряжения, асинхронный двигатель 6, блок 7 управления ч&стотой, задатчик 8 частоты, певый ключ 9, формирователь 10 длительности фагового сдвига, интегратор 11 второй ключ 12, первый одновибратор 13, второй одновибратор 14, третийключ 15, элемент 16 памяти, дифференциатор 17, компаратор 18, первый, второй и третий нуль-органы 19-21, первый, бторой и третий элементы И-И 22-24, элемент И 25.

В качестве датчика 3 напряжения может быть использован трехфазный трансформатор напряжения. В качестве ключей 9, 12 и 15 быть использовалы транзисторы КП103. Формирователь 10 длительности фазового сдвига может быть реализован, например, в виде шунта, подключенного через оптопару к входу нуль-органа. Нуль-органы 19-21, интегратор 11, дифференциатор 17, компаратор 18 могут быть вьшолнены на основе операционных усилителей. Логические элементы И-НЕ 22-24 и элемент И 25 могут быть выполнены на основе дискретных микросхем серии К511.

Элемент 16 памяти может быть реализован, например, в виде конденсатора .

Устройство работает следующим образом.

Расмотрим работу устройства для случая, когда ток двигателя аналогичен кривой 2 (фиг.2).

Во время работы инвертора 4 на асинхронный двигатель 6 на первом, втором и третьем выходах датчика 5 напряжения присутствует напряжение UH Jfl c которое преобразуется нуль-органами 19-21 в прямоугольные импульсы U) , U2 Э На выходе элементов И-НЕ 22-24 формируется напряжение . В цепи формирователя 10 длительности фазового сдвига протекают попарно однополярные импульсы тока|м с периодом Т/3. Причем, первый из пары импульсов по длительности мень ше Т/6, второй начинается в момент времени t Т/б и оканчивается в момент времени t 7 Т/6. В.зависй- . . мости от нагрузки на валу двигателя длительность импульсов может бит разной, но их положение относительно момента времени Т/б измениться не может. Бремя bt, протекания перво го из пары импульса тока и время йЦ протекания второго из пары импульса тока в цепи формирователя 10 рав времени, в течение которого ток и напряжение двигателя 6 противоположны по знаку. Угол Y Yi Уз определить .,, pwlut nia) (1) - угловая частота напряже ния инвертора, 1 - частота напряжения инвертора. Импульс логическовозникающий на выходе формирователя 10 при протекании через него импульса тока ГУ, поступае на управляющий вход ключа 9 и на второй вход элемента И 25. Ключ 9 открывается и остается в таком состоянии в течение времени ftt| дей ствия импульса. В результате этого интегратор 11 подключается к выходу задатчика 8 частоты. Начинается интегрирование нахфяжения задания частоты U . Сигнал на выходе интегратора 11 . t.i ч-тгlUi 2 ГД6 Тц - постоянная времени интегра тора (задающий генератор) блока упр ления частотой имеет линейную характеристику, т.е. , где К, - коэффициент пропорциональ ности между частотой 1 и напряжением задания частоты О . Учетам, чт при работе инвертора 4 на определе ной частоте (Ji постоянно .-Тогда (2 можно записать Kaal „ з т.е., максимальное напряжение за период интегрирования интегратора 11 определяется углом .По истечении времени Ли ключ 9 размьжается и интегратор 11 отключается от напряжения Uf . Состояние остальных элементов схемы не меняется. До появления в цепи формирователя )0 второго из пары импульсов тока i у интегратор 11 сохраняет накопленный уровень напряжения . Появление в цепи формирователя 10 второго из пары импульсов тока {у вызьшает возникновение на его выходе импульса логического О, который поступает на управляющий вход ключа 9 и на второй вход логического элемента И 25. Ключ 9 открывается и остается в таком состоянии в течение времени btg действия импульса, а интегратор 11 интегрирует напряжение задания частоты (| . Учитывая, что на выходе интегратора перед началом данного интегрирования бьшо напряжение, определяемое (3), можно записать it2 .|Uiat 4)f,.(lf,.y,)/ т.е. максимальное напряжение за время Интегрирования iii л bt 2 интегратора 11 определяется углом ° истечении времени btg ключ 9 размыкается и интегратор 11 отключается от напряжения Й . На выходе элемента И 25 появляется сигнал логической 1 , Это приводит к появлению на выходе одновибратора 14 кратковременного импульса логического О, которым за мыкается ключ 15 и тем самым ячейка 16 памяти подключается к выходу интегратора 11. В течение действия этого импульса происходит передача информации с интегратора 11 в элемент 16 памяти, после чего ключ размыкается и отключает элемент 16 памяти от выхода интегратора 11. По окончании импульса одновибратора 14 на выходе одновибратора 13 появляется кратковременно импульс лорического О, поступающий на управляющий вход ключа 1,2. Ключ 12 замыкается и интегратор обнуляется. При врезании режущего инструмента в обрабатываемую деталь возрастает нагрузка на валу двигателя, что приводит к уменьшению угла у . В результате этого напряжение на выходе ячейки 16 уменьшается, Момент уменьшения напряжения в ячейке 16 (памяти фиксируется дифференциатором 17, на выходе которого появляется импульс, приводящий к срабатыванию компаратора 18 и появлению на его выходе импульса прямоугольной формы. Появление на выходе компаратора 18 импульса свидетельствует о касании режу-щего инструмента обрабатьшае юй детали 1 698 Использование предлагаемого изобретения позволяет исключить неопределенность в определении фазового сдвига между током и напряжением на холостом ходу двигателя, что позволило использовать его для определения момента касания режущего инструмента с обрабатываемой деталью .

41-и-Wi

w

-f /5

B

M

18

11

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА КАСАНИЯ РЕЖУ11ЩГО ИНСТРУМЕНТА С ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ДЕТАЛЬЮ, содержащее задатчик частоты, попклю енный выходом к информационному входу первого ключа и входу блока управ- ления частотой, соединенного выходом с входом инвертора напряжения, снабженного мостом обратных диодов, формирователь длительности фазового сдвига, включенный между шиной звена постоянного.тока и общей точкой катодной группы диодов и связанный выходом с управляющим входом первого ключа, подключенного выходом к входам интегратора и второго ключа, соединенного управляющим входом с выходом первого одновибратора, а Е-„ ходсм - с выходом интегратора и с входом третьего ключа, подключенного управляющим входом к входу первого одновибратора и к выходу второго одновибратора. ч выходом - к входу элемента памяти, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него вве дены дифференциатор, компаратор, первый, второй и третий элементы И-НЕ, первый, второй и третий нульорганы, элемент И и датчик напряжения двигателя, подключенный выходами к входам первого, второго и S третьего нуль-органов, соединенных выходами с первыми входами соответственно первого, BTopioro и третьего элементов И-НЕ, подключенных выходами к первому входу элемента И, связанного вторым входом с выходом формирователя длительности фазового сдвига, а выходом - с входом второго одновибратора, причем вторые входы первого, второго и .третьего 00 элементов И-НЕ подключены к выходам соответственно второго, третьего и 9д Ф первого нуль-органов, а выход элемента памяти через дифференциатор к входу компаратора.

ЧУ

11

2J

15

Щ

24

Фиг.

Фи.г

i/fi

Фае.5