Устройство для управления металлорежущими станками Советский патент 1988 года по МПК B23Q15/06 

со

О)

4; N|

САЭ 00

11364438

Изобретение относится к управлеию металлорежущими станками, в чамолю ра и ма сл 7

стности к управлению по величине температуры резания, и может быть использовано для автоматического управления при одновременной обработк несколькими инструментами.

Цель изобретения - повьшение надежности и быстродействия за счет исключения многоканальных блоков и повышения коэффициента усиления контура регулирования.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональнал схема блока управляемых усилителей; на фиг, 3 - функциональная схема блока выделения максимума.

Устройство содержит блок 1 управляемых усилителей сигнала термо- ЭДС, сигнальные входы которого подключены к соответствующим режущим инструментам 2 и обрабатываемой детали 3, управляющие входы - к выходам блока 4 задатчиков термо-ЭДС, а выходы - к входам блока 5 выделения максимума, к выходу которого подключены первые входы блока 6 сравнения и компаратора 7, вторые входы которых соединены с выходами источника 8 опорного напряжения. Выход блока 6 сравнения соединен с входом блока 9 коррекции, а выход компаратора 7 - с управляющим входом ключа 10 Выход блока 9 коррекции соединен с первым входом ключа 10, второй вход которого соединен с выходом задатчи- ка 11 скорости привода, а выход - с входом привода 12, выход которого соединен с объектом 13 управления (шпинделем 14 станка, в котором закреплена обрабатываемая деталь 3).

Блок 1 управляемых усилителей (фиг. 2) содержит дифференциальные усилители 15, выходы которых соединены с входами усилителей с переменным коэффициентом усиления, вьтол- ненных в виде цифроаналоговых преобразователей (ДАЛ) 16, включенных в цепь обратной связи операционных усилителей 17. Выходы усилителей 17 являются выходами блока 1 управляемых усилителей.

Устройство работает следующим образом.

До начала процесса резания, когда ни один из режущих инструментов не вощел в контакт с обрабатываемой деталью 3, термо-ЭДС естественных термопар типа резец - деталь равны нулю, сигналы на выходе блока 1 управляемых усилителей, а следовательно и сигнал на входе блока 5 вьщеления максимума также равны нулю. В этом случае сигнал на выходе компаратора 7 равен логическому О, так как он

находится в ловии

и

этом состоянии при усЧ. мыкс

.,

(1)

и

и переходит в состояние логической при условии

1

и

у . макс

7 и

о

где Ug - сигнал источника опорного напряжения;

и v. сигнал на выходе блока выделения максимума. Величина коэффициента /j обычно принимается равной 0,5-0,7. Ключ 10 работает таким образом, что при сигнале логического О на его управляющем входе он находится в положении II и скорость привода 12 определяется сигналом на выходе задат- чика 11 скорости привода.

В случае начала процесса резания хотя бы одним р.ежущим инструментом 2 на выходе соответствукщего i-ro канала блока 1 управляемых усили- телей появляется сигнал, отличный от нуля.

При электрической схеме включения АЛ 16, приведенной на фиг. 3, выходной сигнал усилителя 17 определя- ется выражением

к 1 vy и,.

(3)

5

и

VV А

Uji

где К - постоянный коэффициент; термо-ЭДС естественной термопары типа резец деталь;

выходной сигнал i-ro ка-, нала блока 4 задатчиков 0термо-ЭДС.

Если выполняется условие (2), на выходе компаратора 7 появляется сигнал логической 1, ключ 10 переходит в положение I и включает контур 5 регулирования термо-ЭДС естественных термопар типа резец-- деталь. В процессе резания на выходах блока 1 управляемых усилителей могут быть различные уровни сигналов U-,

на выходе блока 5 выделения максимума появляется сигнал, равный максимальному входному сигналу U j- иЧ},1,дкс который подается на первьй вход блока 6 сравнения. Сигнал с выхода блока 6 сравнения, равный

и г и „ - и

V.(;c

(4)

подается на вход блока 9 коорекции и далее - на привод 12, в результате происходит стабилизация на заданном уровне термо-ЭДС более нагруженного инструмента. Термо-ЭДС остальных инструментов в это время меньше или равна заданному значению,

В процессе обработки детали из-за изменения диаметра обрабатьшаемой поверхности, припуска, подачи, а также выхода .отдельных инструментов из процесса резания и вступления других, более нагруженных по температурным условиям, за счет блока 5 вьщеления максимума происходит ав- .

томатическое переключение на канал I

наиболее нагруженного инструмента.

Окончание процесса обработки детали и выхода последнего инструмента из зоны резания приводит к формированию на выходе компаратора 7 уровня логического О, ключ 10 переходит в положение II и скорость привода 12 определяется сигналом на выходе за- датчика 11 скорости привода.

Для обеспечения устойчивости замкнутого контура регулирования синтез передаточной функции блока коррекции выполняют исходя из максимально возможного коэффициента усиления разомкнутого контура, что приводит к снижению быстродействия устройства при коэффициентах, меньших максимального Для повьшения быстродействия устройства уменьшают диапазон изменения коэффициента усиления разомкнутого контура, не изменяя его верхнего предельного значения. Уменьшение диапазона изменения в п раз приводит к повьш1ению в п раз быстродействия устройства.

Коэффициент усиления разомкнутого контура регулирования устройства опр деляется произведением коэффициентов передачи отдельных блоков. Поскольку кроме объекта 13 управления и блока управляемых усилителей все остальные блоки имеют постоянные коэффициенты передачи, коэффициент усиления разом

кнутого де:

контура можно записать в виKf

К„ К с К

6V пр

(5)

где К.

К

ГбУ

коэффициент, равный произ-- ведению постоянных коэффициентов передачи отдельных, блоков устройства; (Коэффициент усиления блока 1 управляемых усилителей, равный

к

6V

к,у.

и

л

и,;

(6)

к

пр

- коэффициент передачи объекта 13

управления. Термо-ЭДС на выходе i-й естественной термопары типа резец - деталь может быть представлена в виде степенной зависимости

25

(7)

где , - частота вращения привода; X и Ср - постоянные коэффициенты.

В условиях равновесия замкнутого контура регулирования передаточные функции объектов 13 управления и блока 1 управляемых усилителей можно записать следуюпщм образом

5

К

tip

(SEi) ДП о

хс sW

Пдв.О

X - (8)

п

А6.0

.К

65)

. HJ

и

Kj2i

из,

(9)

Учитьшая, что

Е-

и

ы

1 Kgj-

(10) (11)

3i

где Е. - термо-ЭДС i-й естественной термопары типа резец - деталь;

коэффициент передачи блока 4 задатчиков термо-ЭДС,

подставляем выражения (8) и (9) вравенство (5):

К

вг

К

Е 31 К rs „ xx-- i -

i ATo Kg Ei;1 n jK eT

(1)

55

Из выражения (12) следует, что коэффициент усиления разомкнутого контура не зависит от заданного значения уставки термо-ЭДС.

Таким образом, включение блока 1 управляемых усилителей позволяет уменьшить диапазон изменения коэффициента усиления разомкнутого контура, и, тем самым, повысить быстродействие устройства в 2-3 раза (так как максимальный диапазон изменения уставки те.рмо-ЭДС равен 3).

Формула изобретения Устройство для управления металлорежущими станками, содержащее естественные термопары типа резец - деталь, соединенные с блоком усилителей, задатчики термо-ЭДС, задатчик скорости, связанный посредством ключа с приводом вращения шпинделя, блок сравнения, блок коррекции и компара тор,

отличающееся тем.

что, с целью повьшения надежности и быстродействия, устройство снабжено блоком вьщеления максимума, входы которого соединены с выходом блока усилителей, вьтолненньгх управляемыми, сигнальные входы которых соединены, с выходами естественных термопар типа резец - деталь, а управляющие входы - с выходами задатчиков термо-ЭДС, причем входы блока сравнения связаны с выходом блока вьщеления максимума и введенным источником опорного напряжения, а выход - с блоком коррекции, который посредством ключа связан с приводом вращения шпинделя, входы компаратора соединены с источником опорного напряжения и с вьрсодом, блока выделения максимума, а выход - ; ,с управляющим входом ключа.

Изобретение относится к управлению металлорежущими станками, в частности к управлению по величине температуры резания, и может быть использовано для автоматического управления при одновременной обработке несколькими инструментами. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия за счет исключения многоканальных блоков и повышения коэффициента усиления контура регулирования. Устройство содержит естественные термопары типа резец - деталь, блок задатчиков термо-ЭДС, блок сравнения, компаратор, блок коррекции, ключ, привод, задатчик скорости привода. Сигнальные входы блока управляемых усилителей соединены с выходами естественных термопар типа резец - деталь, управляющие входы - с выходами задатчиков термо-ЭДС, а выходы - с входами блока выделения максиму 1а. К выходу блока вьщеления максимума подключены первые входы блока сравнения, и компаратора, вторые входы которых соединены с источником опорного напряжения, выход блока сравнения соединен с входом блока коррекции, а выход компаратора - с управляющим входом ключа. 3 ил. о $ (Л

Фиг.1

-Illllll

fpuz.Z

s