Устройство для контроля износа металлорежущего инструмента Советский патент 1993 года по МПК B23B25/06 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами резания на металлорежущих станках, эксплуатируемых в составе гибких автоматизированных производств.

Известно устройство определения предельного износа металлорежущего инструмента,

Целью изобретения является повышение точности контроля.

На фиг.1 приведена кривая износа режущего инструмента 1 и показан принцип, с помощью которого достигается поставленная цель, Кривая износа (фиг.1) разбивается на равные интервалы времени (ti-ta) (t2-t3) ... (tn-i-tn) (tn-tn+i). Эту функцию в предлагаемом изобретении выполняет тактовый генератор. За эти интервалы времени происходит изменение напряжения на выходе выпрямителя. Эти изменения - приd U ращения напряжения -- во времени не

одинаковы по амплитуде. На первом участке (фиг. 1) эти приращения убывают от интервала к интервалу, на втором участке они постоянны, а на третьем участке эти приращения dU.

dt

начинают возрастать.

Кривая износа из аналогового вида (фиг.1) переводится в дискретную форму f р (U), где f - частота следования прямоугольных импульсов в зависимости от U - амплитуды напряжения кривой износа. Эту функцию выполняет ПНЧ.

Если теперь в схему ввести арифметически-логическое устройство, которое за равные интервалы времени просчитывало число прямоугольных импульсов и выдавало информацию в двоичном слове А за один интервал времени и в двоичном слове В за следующий интервал времени, затем эти два слова сравниваются в блоке сравнения (цифровом компараторе), то на выходе блока сравнения будет присутствовать инфор

ел

С

со

Ј ю 1

мация А 6 или А В или А В, которая отображает состояние режущего инструмента на данный момент времени обработки. .,.. у..- .-.; ;- :- ::; -.., . .. . .

На фиг.2 изображена блок-схема пред- латаемого изобретения; на фиг.З - эпюры напряжений в различных точках блок-схемы, поясняющие работу устройства.

Устройство для определения предельного износа металлорежущего инструмента (фиг.2) содержит два пьезоэлектрических вибродатчика 1, 2, согласующие и усиливающие каскады 3V 4„ инвертор 5, сумматор 6, усилитель 7, выпрямитель 8, ПНЧ 9, реберсивный счетчик ТО, четыре дифференцирую- щие звена 11, 16, 18, 23, три двоичных счетчика 12, 28, 29, два коммутатора 13, 25, четыре мультивибратора 14, 24, 26, 27, два инвертора 15, 19, блок памяти 17, тактовый генератор 20, блок сравнения 21.-

Вход ПНЧ 9 подключен к выходу выпрямителя 8, а выход ПНЧ подключен к входу первого двоичного счетчика 12 и входу реверсивного счетчика 10, выход первого мультивибратора 14 подключен к входу вто- рого мультивибратора 24 и одному из входов управления первого двоичного счетчика 12, выходы первого двоичного счетчика подключены к входам первого коммутатора 13 и к входам второго коммутатора 25, выходы первого коммутатора 13 подключены к входам блока памяти 17. выходы второго коммутатора 25 подключены к входам В блока сравнения 21, а выходы блока памяти 17 подключены к входам А блока сравнения 21, неинверсный выход второго мультивибратора 24 подключен к входу третьего мультивибратора 26 и к одному из входов управления блока памяти 17, а инверсный выход второго мультивибратора 24 подклю- чен (с входу управления второго коммутатора 25, выход третьего мультивибратора 26у подключен к входу четвертого мультивиб ра- тора 27 и одному из входов управления блока памяти 17, инверсный выход четвертого мультивибратора 27 подключен к управляющему вх оду первого коммутатора КЗ, первый: выход тактового генератора 20 подключен к вхо дам первого инвертора 15 .первого дифференцирующего звена 11 и входу сложения - вычитания реверсивного счетчика 10, выход первого инвертора 15 подключен к входу второго дифференцирующего звена 16 и входу управления первого мультивибратора 14, выход первого дифференцирующего звена 11 подключен к управляющему входу реверсивного счетчика 10, выход реверсивного счетчика 10 под; ключей к входу первого мультивибратора 14, выход второго дифференцирующего звена

16 подключен к. одному из входов управления первого двоичного счетчика 12. второй выход тактового генератора 20 подключен к входу второго инвертора 19 и к входу третьего дифференцирующего звена 18, вход четвертого дифференцирующего звена 23 подключен к выходу второго инвертора 19, выходы третьего 18 и четвертого 23 дифференцирующих звеньев подключены к первому и второму входу схемы ИЛИ 22, выход схемы ИЛИ 22 подключен к управляющим входам второго 28 и третьего 29 двоичных счетчиков, вход второго двоичного счетчика 28 подключен к одному из выходов блока сравнения 21, второй выход блока сравнения 21 подключен к входу третьего двоичного счетчика 29. Устройство работает следующим образом: виброколебания инструмента датчиком 1 преобразуются в элект- рические сигналы, согласуются и усиливаются усилителем 3 и поступают на один из входов сумматора 6. На второй вход сумматора 6 поступают сигналы с датчика 2, стоящего на приспособлении (заготовке), которые также согласуются и усиливаются усилителем 4, поступают на инвертор 5, а затем на второй вход сумматора 6. На выходе сумматора 6 сигнал характеризует .относительные колебания между инструментом и заготовкой. Этот сигнал усиливается усилителем 7 и поступает на выпрямитель 8. К выходу выпрямителя 8 подключен ПНЧ-9, на выходе ПНЧ-9 (фиг.З) имеем прямоугольные импульсы U9, частота следовэнмя которых прямо пропорциональна величине преобразуемого напряжения. Прямоугольные импульсы изменяющейся частоты поступают на первый двоичный счетчик 12 и реверсивный счетчик 10. Работой реверсивного счет-, чика 10 управляет тактовый генератор 20, а именно: когда с первого выхода тактового генератора 20 поступает сигнал лог.1 (U 20 фиг.З) реверсивный счетчик 10 записывает поступающую информацию с выхода. ПНЧ в режиме сложения, при поступлении с первого выхода тактового генератора 20 сигнала логО, поступающая/информация с выхода ПНЧ на реверсивный счетчик 10 будет записываться в режиме вычитания, в это время из памяти реверсивного счётчика 10 вычитается информация/записанная в режиме сложения. Когда из памяти реверсивного счетчика 10 будет все вычтено, а информация с выхода ПНЧ продолжает поступать в режиме вычитания, то на одном из выходов реверсивного счетчика 10 появится сигнал переноса информации - кратковременный прямоугольный импульс (U10, фиг.З), который является командой для зэпу- ска мультивибратора 14. Импульс, вырабатываемый первым мультивибратором 14 (U14, фиг.З) является командой разрешения записи информации в память первого двоичного счетчика 12. Окончание записи информации, в счетчик 12 осуществляется передним фронтом импульса лог.1, поступающего с первого выхода тактового генератора 20 на один из входов управления работой первого мультивибратора 14 через инвертор 15 (фиг.2). За время действия им- пульса первого мультивибратора 14 в память первого двоичного счетчика 12 будет записано определенное количество импульсов. Как видим, в первый двоичный счетчик 12 записываются и далее обрабатываются не все импульсы за время сложения и вычитания, а только то количество импульсов, которое соответствует приращению напряжения на выходе выпрямителя 8 на данный момент времени. Задним фронтом импуль- са первого мультивибратора 14 запускается второй мультивибратор 24, на выходе которого появляется прямоугольный импульс (U 24, фиг,3). Этот импульс является командой в одном случае для подключения выходов блока памяти 17 к входам А блока сравнения 21, а в другом для запуска третьего мультивибратора 26. В то время, когда на прямом выходе второго мультивибратора 24 присутствует сигнал Лог.1 на инверсном выходе мультивибратора 24 присутствует сигнал Лог.О, являющийся командой для второго коммутатора 25, который подключает выходы первого двоичного счетчика 12 к входам В блока сравнения 21. Наличие сигнала на выходах блока сравнения 21, а это может быть когда А В или А В будет записываться в соответствующий двоичный счетчик 28 или 29. По накоплению в памяти двоичного счетчика 28 или 29 необходимой информа- ции будет выдана команда на наладку или остановку.

При запуске третьего мультивибратора 26 на его выходе появляется прямоугольный импульс (U 26, фиг.З). Этим импульсом обнуляется блок памяти 17, т.е. блок памяти 17 подготавливается к следующему циклу записи информации. По окончанию действия импульса U 26 запускается четвертый муль- тивибратор 27, импульс которого коммути- .рует первый коммутатор 13 и этим самым подключает выходы первого двоичного счетчика 12 к входам блока памяти 17, зэпи - сывая тем самым новую информацию. По- еле того, как в блок памяти 17 переписана информация с выхода первого двоичного счетчика 12 его можно обнулить и приготовить для записи новой информации. Эту функцию .в схеме выполняют инвертор 15 и

второе дифференцирующее звено 16 (U 16. фиг.З).

Допустим, идет обработка на металлорежущем станке и выходное напряжение выпрямителя 8 по мере износа инструмента медленно увеличивается, соответственно будет увеличиваться и частота прямоугольных импульсов на выходе ПНЧ 9. Это увеличение будет отмечено появлением на выходе реверсивного счетчика 10 импульса переноса U 10, который в свою очередь запустит первый мультивибратор 14 и первый двоичный счетчик 12 запишет в память количество импульсов, пропорциональное приращению напряжения на выходе выпрямителя 8 за время tn-1 - tn (фиг. 1). Окончание времени записи наступит с появлением сигнала лог. 1 U 20с первого выхода тактового генератора 20. Окончание работы первого мультивибратора 14 вызовет появление на выходе второго мультивибратора 24 прямоугольного импульса U 24. Этим импульсом вызывается информация из блока памяти 17, которая была записана,за интервал времени (фиг. 1) и хранилась там до настоящего момента. Эта информация поступает на входы А блока сравнения 21. В то время, когда из памяти вызывается информация для сравнения, на входы В блока сравнения 21 поступает информация с выхода первого дв оичного счетчика 12 через второй коммутатор 25, для которого сигнал лог.О с инверсного выхода второго мультивибратора 24 является управляющим. Состояние выходов блока сравнения 21 будет зарегистрировано двоичными счетчиками 28 или 29. Окончание времени работы блока сравнения 21 будет обусловлено окончанием времени работы второго мультивибратора 24, а это в свою очередь вызовет появление на выходе третьего мультивибратора 26 сигнала лог.1. который стирает ранее записанную информацию за период времени tn-2 tn-i (фиг.Т) в блоке памяти 17. Задним фронтом импульса третьего мультивибратора 26 запускается четвертый мультивибратор 27, за время действия импульса (U 24, фиг.З) происходит запись в блок памяти 17 информации за время tn-i - tn, которая существует на выходах первого двоичного счетчика 12 и которую можно теперь стереть, т.е. приготовить первый двоичный счетчик 12 для записи информации за интервал времени tn tn-н (фиг.1) и затем сравнить в блоке сравнения 21.

Из описания работы устройства следует, что в блоке сравнения 21 происходит сравнение информации двух соседних интервалов времени, причем информация каждого последующего интервала времени

ри следующем сравнении становится предыдущей и так каждый раз.

Окончательное решение о наладке или остановке принимается за два цикла работы блока сравнения, а это в свою оче- 5 редь повышает достоверность принятого решения.

ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство для контроля износа метал- ; лорежущето инструмента, содержащее пер- 10 вый и второй вибродатчики, связанные с соответствующими согласующими и усиливающими каскадами, выход первого из которых ::связан с .входом сумматора напрямую, а выход второго - через первый 15 инвертор, и выпрямитель, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью повышения точности контроля, в устройство дополнительно введены усилитель, преобразователь напряжение -частота, реверсивный счетчик, четыре 20 дифференцирующих звена, первый-третий дЁоичные счётчики, первый и второй коммутаторы, первый - четвертый мультивибраторы, второй и третий инверторы, первый и второй блоки памяти, тактовый генератор, 25 схема ИЛИ и блок сравнения, при этом вы- :ход сумматора связан с входом усилителя, выход которого соединен с входом выпрямителя, вход преобразователя напряжение -частота связан с выходом выпрямителя, а 30 выходы - с входами реверсивного счетчика и первого двоичного счетчика, выходы тактового генератора соединены с входами

первого дифференциального звена, реверсивного счетчика, первого инвертора, третьего дифференциального звена и второго инвертора, выходы первого инвертора связаны с входами второго дифференциального звена и первого мультивибратора, выход первого дифференциального звена - с входом реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом первого мультивибратора, выход первого мультивибратора связан с входом первого двоичного счетчика и входом второго мультивибратора, выход первого двоичного счетчика - с входами первого и второго коммутаторов, выход первого коммутатора - с входом блока памяти, выход которого соединен с входом блока сравнения, выход второго коммутатора - с входом блока сравнения, выход второго дифференциального звена - с входом первого двоим- . ного счетчика, входы схемы ИЛИ - с выходами третьего и четвертого дифференциальных звеньев, а выход схемы ИЛИ - с входами второго и третьего двоичных счетчиков, входы которых связаны с выходами блока сравнения, выход второго инвертора связан с входом четвертого дифференциального звена, выходы второго мультивибратора - с входами третьего мультивибратора, блока памяти и второго коммутатора, выход третьего мультивибратора - с входами четвертого мультивибратора и блока памяти, выход четвертого мультивибратора - с входом первого коммутатора.

фи г. 2.

Использование: автоматическое управление процессами резания на металлорежущих станках, для определения момента смены металлорежущего инструмента. Сущность: момент наступления предельного износа определяется в результате анализа кривой изнашивания, которая идентифицируется с огибающей амплитудных значений относительных виброускорений между инструментом и заготовкой, изменяется по мере износа инструмента. Для этого информация, полученная сдатчиков виброускорений, переводится в цифровую форму и производится сравнение количества импульсов за два последующих интервала времени, на основании чего определяется точка перегиба кривой износа, характеризующая момент его смены. 3 ил.