Устройство для измерения мощности резания Советский патент 1992 года по МПК G01L3/24 

f

Изобретение относится к автоматическому управлению и предназначено для использования на металлорежущих станках. Целью изобретения является повышение точности. Устройство содержит последовательно соединенные устройство 1 управления, привод 2 главного движения, датчик 3 силового параметра и элемент 4 сравнения, а также блок 5 памяти, датчик 8 скорости вращения шпинделя, первый АЦП 7, второй АЦП 8, ЦАП 9, последовательно соединенные датчик 10 углового положения шпинделя, делитель 11 частоты и счетчик 12 импульсов, а также блок 13 задержки и элемент И 14. Предварительно в режиме холостого хода в блоке 5 памяти записываются значения мощности холостого хода, соответствующие заданным угловым положениям шпинделя при заданных частотах вращения. Затем в рабочем режиме на второй вход элемента 4 сраврения поступает сигнал датчика 3 силового параметра, из которого вычитается соответствующее значение мощности холостого хода. 1 ил. (Л С

х| со

Ю

ю

Ю

о

ю

Изобретение относится к области измерения механической мощности, в частности мощности резания, может быть использовано на металлорежущих станках и является усовершенствованием известного устройства по основному авт. св. 1569607.

Известное устройство для измерения мощности резания содержит последовательно соединенные устройство управления, привод главного движения, датчик силового параметра, элемент сравнения, а также блок памяти, управляющий вход которого соединен с вторым выходом устройства управления, датчик скорости вращения шпинделя, первый и второй АЦП и ЦАП, причем вход датчика скорости вращения соединен с вторым выходом привода главного движения, а выход - с входом первого АЦП, выход которого соединен с адресной шиной блока памяти, выход датчика силового параметра соединен с входом второго АЦП, выход которого соединен с шиной данных блока памяти, выход которого соединен с входом ЦАП, к выходу которого подключен второй вход элемента сравнения.

Недостатком известного устройства является низкая точность, вызванная тем, что измеряемая мощность холостого хода заносится в блок памяти однократно для каждого значения скорости и не учитывается зависимость мощности холостого хода от углового положения шпинделя, обусловленная суммарными погрешностями изготовления кинематических узлов привода главного движения станка (шпинделем, коробкой скоростей, двигателем), а также неточностью установки приспособления, деталиуин- струмента в шпинделе станка.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения мощности резания, содержащее последовательно соединенные устройство управления, привод главного движения, датчик силового параметра, элемент сравнения, а также блок памяти, датчик скорости вращения шпинделя, первый и второй АЦП и ЦАП, причем вход датчика скорости вращения шпинделя соединен с вторым выходом привода главного движения, а выход - с входом первого АЦП, выход которого соединен со старшими разрядами адресной шины блока памяти, выход датчика силового параметра соединен с входом второго АЦП, выход которого соединен с шиной данных блока памяти, выход которого соединен с входом ЦАП, к выходу которого подключен второй вход элемента сравнения, введены, дополнительно делитель частоты, счетчик импульсов, блок задержки, элемент И и датчик углового положения шпинделя, соединенный с вторым выходом привода главного движения, причем выход первого АЦП соединен со старшими разрядами адресной шины блока памяти, к младшим разрядам которой подключены выходы счетчика импульсов, установочный вход которого подключен к входу устройства управления и к первому выходу

0 датчика углового положения шпинделя, второй выход которого подключен к первому входу делителя частоты, второй вход подключен к третьему выходу устройства управ- ления, четвертый выход которого

5 подключен к первому входу элемента И, второй вход которого через блок задержки под- ключен к выходу делителя частоты и к информационному входу счетчика импульсов, при этом выход элемента И подключен

0 к синхронизирующему входу блока пмяти.

Введение в предлагаемое устройство для измерения мощности резания делителя частоты, счетчика импульсов, блока задержки, элемента И и датчика углового положе5 ния шпинделя позволило повысить точность измерения за счет компенсации величины потерь холостого хода с учетом зависимости последних от углового положения шпинделя.

0 На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения мощности резания содержит последовательно соединенные устройство 1 управления, привод 2

5 главного движения, датчик 3 силового параметра и элемент 4 сравнения, а также блок 5 памяти, датчик 6 скорости шпинделя, первый АЦП 7, второй АЦП 8, ЦАП 9, последовательно соединенные датчик 10 углового

0 положения шпинделя, делитель 11 частоты и счетчик 12 импульсов, а также блок 13 задержки и элемент И 14, причем вход датчика 6 скорости вращения и вход датчика 10 углового положения шпинделя соединены с

5 вторым выходом привода 2 главного движения, выход датчика 6 скорости вращения шпинделя соединен с входом первого АЦП 7, выход которого соединен со старшими разрядами адресной шины блока 5 памяти,

0 младшие разряды которой соединены с выходом счетчика 12 импульсов, синхронизирующий вход блока 5 памяти соединен с выходом элемента 14 И, вход выбора режима блока 5 памяти с четвертым выходом

5 устройства 1 управления, а шина данных - с выходом второго АЦП 8, вход которого соединен с выходом датчика 3 силового параметра, вход блока 13 задержки соединен с выходом делителя П настоты, а выход - с первым входом элемента И 14, второй вход

которого соединен с третьим выходом устройства 1 управления, второй выход которого соединен с вторым входом делителя 11 частоты, а вход - с вторым выходом датчика 10 углового положения шпинделя и с уста- новочным входом счетчика 12 импульсов, вход ЦАП 9 соединен с выходом блока 5 памяти, а выход - с вторым входом элемента 4 сравнения.

В качестве устройства 1 управления мо- жет быть использовано устройство числового программного управления (УЧПУ) станком. Блок 5 памяти может быть реализован, например, на микросхемах К537РУ5, АЦП 7 и 8 и ЦАП 9 - на микросхемах серии 572. Датчик углового положения широко используется на станках с ЧПУ (например, ПДФ-5). Счетчик 12 импульсов представляет собой двоичный счетчик и может быть реализован, например, на микросхемах К155ИЕ5. Делитель 11 частоты входит в состав серии 155 (микросхема К155ИЕ8). Блок 13 задержки и элемент 14 И также могут быть реализованы на микросхемах средней степени интеграции (серии 155).

Устройство работает следующим образом.

После включения шпинделя на холостом ходу станка устройство 1 управления сигналом с четвертого выхода устанавлива- ет режим работы блока 5 памяти Запись, а с первого выхода выдает на вход привода 2 главного движения ступенчато увеличивающийся сигнал, задающий скорость вращения шпинделя в рабочем диапазоне от минимального до максимального значения. Первый АЦП 7 преобразует в цифровую форму сигнал с выхода датчика скорости вращения шпинделя, второй АЦП 8 - сигнал с выхода датчика 3 силового параметра и формирует соответственно значения старших разрядов адреса и данные блока 5 памяти.

При вращении шпинделя датчик 10 уг- лового положения формирует на первом выходе последовательность импульсов, поступающих на первый вход делителя 11 частоты, коэффициент деления которого устанавливается с второго выхода устройства 1 управления. С выхода делителя 11 частоты импульсы поступают на информационный вход счетчика 12 импульсов, который формирует значения младших разрядов адреса блока 5 памяти. На установочный вход счет- чика 12 импульсов поступает сигнал Нуль- метка с второго выхода датчика 10 углового положения шпинделя, который периодически производит его обнуление, в результате чего код на младших разрядах шины адреса

изменяется за оборот шпинделя циклически от нуля до некоторого значения N.

После каждого увеличения задающего сигнала на очередную ступень устройство 1 управления, через время, достаточное для окончания переходного процесса в приводе 2 главного движения, проверяет наличие на своем входе импульса Нуль-метка. При его появлении устройство 1 управления на третьем выходе формирует сигнал разрешения синхронизации, который в виде потенциального уровня поступает на второй вход элемента И 14. При этом импульсы с выхода делителя 11 частоты через блок 13 задержки и первый вход элемента И 14 поступают на синхронизирующий вход блока 5 памяти и осуществляют синхронизацию записи. Блок 13 задержки необходим для того, чтобы импульсы записи формировались после того, как установится адрес ячейки блока 5 памяти.

В процессе записи устройство 1 управления по прежнему проверяет наличие импульса Нуль-метка и при его появлении (по прошествии времени одного оборота шпинделя) снимает сигнал разрешения синхронизации со своего третьего выхода, при этом прекращается формирование синхронизирующих импульсов с выхода элемента И 14 на блок 5 памяти,

Таким образом, на каждом уровне ступенчато увеличивающегося сигнала выдаваемого устройством 1 управления на вход привода 2 главного движения, в течение одного оборота шпинделя в блок 5 памяти будет происходить запись N значений мощности холостого хода.

Делитель 11 частоты импульсов в зависимости от кода на втором входе позволяет изменять количество запоминаемых данных N за оборот шпинделя.

После запоминания мощности холостого хода во всем рабочем диапазоне скоростей вращения шпинделя и при различных угловых положениях шпинделя устройство 1 управления формирует на входе привода 2 главного движения сигнал, соответствующий рабочей скорости вращения шпинделя, и сигналом с третьего и четвертого выходов устройства 1 управления запрещает синхронизацию и устанавливает режим работы блока 5 памяти Чтение.

Текущая скорость вращения шпинделя может изменяться в процессе резания по какому-либо закону. Код с выхода АЦП 7, соответствующий скорости вращения шпинделя, поступает на старшие разряды адресной шины блока 5 памяти, а на младшие разряды адресной шины поступает код со счетчика 12 импульсов, соответствующий

текущему угловому положению шпинделя. Из ячейки памяти, адрес которой определяется сочетанием двух кодов, на выход блока 5 памяти непрерывно считывется код мощности холостого хода, соответствующий текущей скорости вращения и угловому положению шпинделя.

Этот код преобразуется ЦАП 9 и соответствующий сигнал с выхода последнего поступает на второй вход элемента 4 сравнения, где вычитается из выходного сигнала датчика 3 силового параметра. Сигнал на выходе элемента 4 сравнения соответствует текущей мощности резания.

Число разрядов первого 7 и второго 8 ЦАП, дискретность приращения входного сигнала привода 2 главного движения, дискретность датчика углового положения, коэффициент деления делителя 10 частоты, а также число и взаимное соотношение количества старших и младших разрядов шины адреса блока 5 памяти, определяются исходя из требуемой точности компенсции мощности холостого хода.

Таким образом, по сравнению с известным, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения мощности резания за счет компенсации мощности холостого хода в зависимости от углового положения шпинделя, что позволяет измерять мощность резания при чистовой обработке, где ее величина в 5-10 раз меньше мощности холостого хода.

На основе данного устройства могут быть созданы системы автоматического регулирования сил резания и контроля режущего инструмента, использование которых позволяет повысить производительность и надежность обработки.

Формула изобретения Устройство для измерения мощности

резания по авт.св. № 1569607, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены делитель частоты, счетчик импульсов, блок задержки, элемент И и датчик углового положения шпинделя,

соединенный с вторым выходом привода главного движения, причем выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен со старшими разрядами адресной шины блока памяти, к младшим разрядам которой

подключены выходы счетчика импульсов, установочный вход которого подключен к входу устройства управления и к первому выходу датчика углового положения шпинделя, второй выход которого подключен к

первому входу делителя частоты, второй вход которого подключен к третьему выходу устройства управления, четвертый выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого через блок

задержки подключен к выходу делителя частоты и к информационному входу счетчика импульсов, при этом выход элемента И подключен к синхронизирующему входу блока памяти.