Система позиционного управления положением рабочего органа Советский патент 1992 года по МПК G05B19/10 

Изобретение отнорится к автоматизации технологического оборудования, в частности металлорежущих станков, и может быть использовано для автоматического управления положением подвижных узлов технологических машин.

Цель изобретения - повышение производительности технологического оборудования и точности обработки о

На фиго 1 представлена функциональная схема системы позиционного управления положением рабочего органа технологического оборудования; на фиго2 блок вычисления рассогласования; на фиг. 3 - коммутатор на фиг, 4 - блок задания конечной координаты} на фиг, 5 - блок управления перемещением} на фиг, 6 - блок команд возврата; на фиг. 7 обрабатываемая на фрезерном

станке деталь и положения фрезы в различные моменты обработки.

Система (фиг.. 1) содержит датчик

1обратной связи, установленный на рабочем органе станка, формирователь

2импульса, накопитель 3 текущей координаты, блок k запоминания начальной координаты, блок S вычисления рассогласования, коммутатор 6, блок

,7 задания конечной координаты, цифро аналоговый 8 преобразователь, преобразователь 9 привода с двигателем, блок 10 управления перемещением и блок 11 выдачи команд возврата

Блок 5 (фиг.2) вычисления рассогласования содержит арифметико-логический элемент 12 (АЛУ), инвертор 13 и линию 14 задержки о Коммутатор 6 (фиг.З) содержит первый 15 и второй 16 шинные формирователи. БЛОК 7 задания конечной координаты (фиГоА) содержит узел 17 набора координаты, элемент 18 памяти и элемент И 19 Блок 1 управления перемещением (фиг.5) содержит одновибратор 20, RS-триггер 21, первый 22 и второй 23 элементы. 2 И-НЕ и кнопку Пуск 2Ц„ Блок 11 команд возврата (фиг.6) содержит RS-триггер 25, элемент 2 И-НЕ 26 и кнопку Возврат 27 о Система работает следующим обраСостояние устройства перед началом обработки с. Программа обработки введена в блок 7 задания конечной координаты о Рабочий орган находится в рабочей зоне и координата его положения содер жится в накопителе 3 текущей координаты. Триггер 25 блока 11 сброшен, и с аыхода триггера на управляющий вход ЬК первого шинного формирователя 16 блока 6 подается нуле- . вой потенциал, а на вход ВК второго формирователя 15 единичный Поскольку нулевой потенциал сказывается на обоих управляющих входах элемента 16, на выход коммутатора 6 подается информация с выходов В второго формирователя. Таким образом, на выходе коммутатора 6 находится значение конечной координаты, котора подается на второй информационный вход блока 5 в качестве координаты задания А. На первый информационный аход блока 5 подается текущая коорди ната At из накопителя 3, и на информационных выходах АЛУ формируется ве личина A-j-A-r - расстояние до цели. Код расстояния до цели поступает на вход ЦАП 3 V5 далее на преобразовател 9 в виде напряжения задания„ Привод ждет разрешения на обработку задания из блока 10 управления перемещения. Запуск устройства для отработки программы производит оператор нажати кнопки Пуск блока 10„ По команде Пуск взводится триггер 21 блока 10 Получив на вход В высокий потенциал, одновибратор 20 взводится и формирует на выходе 2 блока 10 короткий импульс. При этом по управляющему входу блока k на управлякщий V-вход сметчика поступает низкий потенциал и из накопителя 3 в блок 4 запоминания записывается начальная координата. Одновременно с пускового выхода блока 10 поступает на первый управляющий вход преобразователя 9 привода команда, разрушающая перемещение о Во время перемещения рабочего органа датчик связи 1, жестко связанный с рабочим органом, формирует синусоидальные импульсы в виде двух сдвинутых на 90 серий. Синусоидальные импульсы поступают на вход формирователя 2. Формирователь 2 осуществляет преобразование синусоидальных импульсов в прямоугольные, усиление и выделение направления. При движении вперед счетные импульсы поступают на первый информационный выход формирователя 2 и далее на вход +1 накопителя 3 текущей координаты. При движении назад счетные импульсы поступают на второй информационный вход формирователя 2 и далее на вход 1 накопителя 3. Таким образом, в процессе перемещения рабочего органа изменяется содержимое накопителя 3 и координата Aj. АЛУ непрерывно вычисляет величину , которая с его информационного выхода поступает на вход ЦАП, вырабатывающего управляющее напряжение преобразователя привода, пропорциональное расстоянию до цели. По мере приближения к точке позиционирования с координатой А рассогласование А-д, -Ау уменьшается, снижается задающее напряжение и скорость двигателя, так что рабочий орган подходит к точке позиционирования на малой скорости с высокой точностью. При А-, -А. О ЛЬигатель останавливается. По команде 1, поступающей с управляющего выхода блока 5 на вход блока 10, триггер 21 сбрасывается, и блок управления готов к отработке следующего кадра. В результате рабочий орган находится в положении, определенном координатой, заданной в отработанном кадре программы. Далее происходит переход к следующему кадру программы, где записана новая коорджната задания Аа, и по сигналу Кадр одновибратор 20 блока 1C подает команду на запись в блок k начальной координаты этого кадра. Дальнейший процесс происходит аналогично описанному, пока не появляется необходимость вернуться в начальную координату.

: Если в процессе обработки оператор обнаружил, что обрабатываемая поверхность получается недостаточной чистоты, он нажимает кнопку Возврат 27 блока 11. При этом с выхода возврата блока 11 на первый управляющий вход преобразователя 9 привода поступает команда на останов двигателя iОдновременно по команде Возврат ;взводится триггер 25 блока 11 и пе|ребрасывает свои выходные потенциалы так, что на вход ВК 16 подается 1, а на вход ВК 15 - Вследствие этого на выходные шины коммутатора подается информация с выходов В второго шинного формирователя, на входах А которого содержится величина начальной координаты из блока 4.

Таким образом, на второй информа-. ционный вход блока 5 в качестве эада;ния А,(,) подается координата точки; I в которой находится рабочий орган перед началом отработки текущего кадра. На первый информационный вход блока 5 подается текущая кооордината AY. АЛУ рассчитывает расстояние до новой цели А.- и с информационного выхода подает на вход ЦАП вели-, чину этого рассогласования о

Нажатием кнопки Пуск 2Ц оператор разрешает отработку нового задания и возврат рабочего органа. Работа блоков устройства во время перемещения происходит по описанному циклу. В точке позиционирования с координатой А5(н) происходит станов двигателя привода. По команде Е из блока 5, поступающей на входы блоков 11 и 10, сбрасываются триггеры, и блоки управления перемещением и возврата вновь готовы к работе

В начальном положении оператор меняет величину скорости резания и запускает устройство на повторную отработку скорректированного кадра. Для этого он нажимает кнопку Пуск и отработка осуществляется аналогично описанному.

Рассмотрим конкретный пример обработки на фрезерном станке, в котором использована предлагаемая система управления (фиг.7).

Перед началом работы на столе станка закрепляется обрабатываемая деталь. Система координат обычно привязывается к детали . Оси Y и X при вязаны к боковым поверхностям обра- , батываемой детали (фиг.7).

Рабочий орган в ручном режиме подводят в начало отсчета и сбрасывают в О все счетчики и триггеры системы. Далее выводят рабочий орган в зону резания, при этом в накопителе 3 записывается координата рабочего орган Перед началом работы в накопителе 3 записана координата рабочего органа, которая подается на информационный вход блока 4. В блоке 7 задания записана программа обработки, и счетчик блока 18 содержит значение координаты, заданной в первом кадре программы о

Поскольку триггер 25блока 11 сброшен, нулевой потенциал с его прямого выхода, поступая на вход ВК первого шинного формирователя коммутатора 6, передается на его выход и далее на второй информационный вход АЛУ 12 блока 5 - значение заданной координаты в первом кадре На двигатель с выхода преобразователя 9 чере ЦАП 8 подается напряжение, пропорциональное рассогласованию. По команде Пуск взводится одновибратор 20.блока 10, и по сигналу О на V-входе блока Ц в него записывается начальная координата в первом кадре из блока 3. Система подготовлена к возможному возврату рабочего органа в начало кадра. По команде Пуск начинается отработка задания и при рассогласовании, равном О, рабочий орган останавливается в точке с заданной координатой.

По окончании позиционирования триггер 21 блока 10 сбрасывается сигналом Е с второго управляющего выхода блока 5.

Программа переходит в следующий кадр.

Допустим, отработано пять кадров программы при удовлетворительных результатах обработки, и корректировки программы не потребовалось. Программа перешла в шестой кадр При этом в блоке 3 содержится текущая координата AT- 0, которая подается на первый информационный вход АЛУ 12, В блоке 7 содержится координата задания АЗ 90, которая при сброшенном триггере 25 блока 11 через элемент 16 коммутатора 6 подается на второй информационный вход АЛУ 12 по коман-. де Кадр. Одновременно в блок k из блока 3 записывается начальная координата а шестом кадре

По коду рассогласования А «, 50 с выхода АЛУ ЦАП вырабатывает задающее напряжение, поступающее на вход преобразователя 9 привода, который, в свою очередь, подает напряжение двигателю. Рабочий орган перемещается по направлению к точке с координатой до.. Блок 1 при этом вырабатывает импульсы, которые преобразуются в формирователе 2 и посту™ пают на вход 1 накопителя 3 (движение вперед)о Содержимое накопителя увеличивается - увеличивается значение текущей координаты

.В момент, когда А 60, например обнаружился дефект обрабатываемой поверхности и требуется скорректировать программу. Для этого оператор нажимает кнопку Возврат блока 11 команд возврата, и по команде с выхода возврата блока 11, поступающей на второй управляющий вход преобразователя 9, двигатель и рабочий орган останавливаются о Одновременно по команд ; Возврат взводится триггер 25 блока 11, и его выходные потенциалы переключают шинные формирователи коммутатора 6. Элемент 16 отключаетс от выходных шин, а элемент 15, получив на вход ВК нулевой потенциал, передает навыход коммутатора 6 и далее на второй информационный вход АЛУ 12 значение начальной координаты шестого кадра а качестве А,. 40о С выхода АЛУ на 4АП подается новое значение А5 --AU -20, и подается задающее, напряжение на преобразователь 3 По команде Пуск на двигатель поступает напряжение питания и рабочий орган перемещается по направлению к точке, в которой он находился в начале шестого кадра.

-Т

Датчик 1 обратной связи при этом вырабатывает импульсы, которые преобразуются в формирователе 2 и поступают на вход -I накопителя 3 (движение назад). Содержимое накопителя уменьшается и, достигнув величи мы А , рабочий орган останавли8ается в начальном положении„ По команде Е О (при А АТ) триггеры блоков 11 и 10 сбрасываются, подготавливая последующую работу системы, В начальном положении шестого кадра оператор производит корректировку программы. После этого нажимает кнопку Пуск, и шестой кадр отрабатывается вновь по скорректированной программе. При удовлетворительных результата обработки программа переходит в седьмой кадр и далее. Если при обработке в седьмом или любом последующем кадрах обнаружены дефекты, рабочий орган можно возвратить в начало дефектного кадра аналогично описанному и, скорректировав программу, повторить его Эта процедура возможна в любом кадре, поскольку перед началом каждого кадра в блоке k запоминания фиксируется координата начала кадра. Это дает возможность автоматического возврата рабочего органа в начало

кадра Автоматический возврат рабоче1 -го органа в начальное положение для

корректировки программы при наладке, контроле и формировании программы существенно сокращает время наладки и таким образом, повышает производительность оборудования.

Кроме того, автоматический возврат рабочего органа, осуществляемый по тому же принципу, что и обычное позиционирование, обеспечивает высокую точность выхода в начальную координату.

Система позволяет повысить производительность обработки за счет сокращения времени на переналадку и повысить ее точность о

формула изобретения

Система позиционного управления положением рабочего органа, содержа.щая формирователь питания привода перемещения рабочего органа, информационный вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, первый управляющий вход соединен с пусковым выходом блока управления перемещением, а выход - с двигателем привода рабочего органа, датчик обратной связи, механически связанный с двигателем, формирователь импульса, вход которого соединен с выходом датчика обратной связи, а выходы - с первым, вторым счетными входами накопителя текущей координаты, выход накопителя текущей координаты соединен с первым информационны входом блока вычисления рассогласования, информационный выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, блок задания конечНОИ координаты, отличающаяс я тем, что, с целью повышения производительности технологического оборудования и точности обработки, введены блок запоминания начальной координаты, коммутатор и блок команд возврата, причем информационный вход блока запоминания начальной координаты соединен с выходом накопителя текущей координаты, а управляющий вход его соединен с управляющим выходом блока управления перемещением, выход блока запоминания начальной координаты соединен с первым информационным входом коммутатора, второй информационный вход коммутатора соединен с выходом блока задания конечной координаты, управляющий вход коммутатора - с управляющим выходом блока команд возврата, выход возврата которого соединен с вторым управляющим входом формирователя питания привода перемещения рабочего органа, а вход соединен с управляющим выходом блока вычисления рассо- гласования, второй информационный вход которого соединен с выходом коммутатора

фиг.1

to

Изобретение относится к автоматизации технологического оборудования, в частности металлорежущих станков. Целью изобретения является повышение производительности-технологического оборудования и точности обработки» Поставленная цель достигается за счет сокращения времени переналадки на новую программу» Это достигается введением накопителя текущей координаты, коммутатора и блока команд возврата, что позволяет по команде "Возврат" осуществить автоматический возврат рабочего органа в начальное положение, координата которого записана в накопителе исходного положения, причем точность установки в начальное положение соответствует точности позиционирования станка. 7 ил о

ИЗбА.7 -ИзблА

КбЩг ЛА.5 : Фие.3

Кадр

W

К fА. 10,11

Избл.6 Фив. 2

KSAOKyS

КбА.д

с

сШ

25

S

ИзбА5

ВозВрт

/Г(Ги.

Q Офуг5

фие.7