Устройство для навивки прецизионных спиралей Советский патент 1993 года по МПК B21F3/00 

00 СО

4

Изобретение относится к технике навивки спиралей и может быть использовано в производстве электронной техники. Сущность изобретения состоит в том, что оно содержит тумбу, резиновые воздушные камеры, станину, шпиндели с редуктором, каретку, ходовой винт, разрезную гайку ходового винта, редуктор ходового винта, электродвигатели шпинделей и ходового винта, датчика частоты вращения шпинделей и ходового винта, укладчик навиваемого материала, керн, зажимные цанги, пружину натяжения керна, интерферометр, датчик оборотов керна, устройство натяжения на- вивочного материала с электродвигателем, устройство разворота укладчика с шаговым двигателем и ходовым винтом, устройство отсчета длины протягиваемого материала, телевизионную установку, микровыключатели, панель выключателей и индикаторов, плату формирователя импульсов движения керна, блок управления с источником питания, блок электроприводов, ЭВМ, счетчик импульсов интерферометра, тригель, одно- вибратор, схему И, схемы задержек,, выходной регистр,5 ил.

Изобретение относится к технике навивки спиралей и может быть использовано в производстве изделий электронной техники, в том числе замедляющих системах спирального типа.

Задачей изобретения.является повышение точности навивки спиралей постоянного и переменного шага.

Эта задача решается тем, что устройство для навивки прецизионных спиралей, содержащее каретку с размещенным на ней шпинделем и связанную с ходовым винтом, укладчик навивочного материала на керн, лазерный интерферометр для контроля смещения каретки, блок программного управления натяжением навивочного материала и разворота укладчика, вычислитель частоты вращения шпинделя, соединенный с блоком управления электроприводами ходового винта и шпинделя, снабжено доы

со

олнительно вторым шпинделем для зарепления керна, связанным с укладчиком, одключенным к блоку управления электроприводами, датчиком оборотов керна и форирователем импульсов движения керна, ключаю(дим триггер, схему И, две схемы адержки, одновибратор, счетчик и регистр, причем датчик оборотов керна подключен к четному входу С триггера и информационным входам вычислителя частоты вращения шпинделей, вход установки нуля R триггера соединен с выходом одновибратора и с пер- вым входом счетчика, вторым входом под- ключемным к выходу -лазерного интерферометра, выход триггера через схему И подключен ко входам соответственно первой и второй схем задержек импульсов, второй вход схемы И подключен к выходу лазерного интерферометра, выход первой схемы задержки подключен к управляющему входу регистра, сигнальный вход которого подключен к выходу счетчика, а выход регистра - ко второму входу вычислителя, выход второй схемы задержки подключен ко входу одновибратора.

На фиг.1, 2 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 3 - блок-схема формирователя импульсов движения керна; на фиг.4- функциональная схема; на фиг.5 - блок-схема блока управления.

Устройство для навивки прецизионных спиралей содержит тумбу 1. резиновые воздушные камеры 2, станину 3, шпиндели 4с редуктором, каретку 5, ходовой винт 6, разрезную гайку 7 ходового винта 6, редуктор 8 ходового винта 6, электродвигатели 9 шпинделей и ходового винта, датчика 10 частоты вращения двигателей шпинделей и ходового винта, укладчик 11 навиваемого материала, керн 12, зажимные цанги 13, пружину 14 натяжения керна, интерферо- .метр 15, датчик 16 оборотов керна 12, устройство натяжения 17 навивочного материала с электродвигателем, устройство 18 разворота укладчика 11 с шаговым двигателем и ходовым винтом, устройство-19 отсчета длины протягиваемого материала, телевизионную установку 20, микровыключатели 21, панель 22 выключателей и индикаторов, которая используется в качестве блока программного управления натяжением навивочного материала и разворота укладчика в ручном режиме, плату 23 формирователя импульсов движения керна, блок 24 управления с источником питания, блок 25 электроприводов, ЭВМ 26, которая используется в качестве блока программного управления натяжением навивочного материала и разворота укладчика, а также как вычислитель частоты вращения шпинделя в

автоматическом режиме, счетчик 27 импульсов интерферометра 15. Схема платы 23 формирователя импульсов движения керна 12 содержит триггер 28, счетчик 27 импульсов интерферометра 15, одновибратор 29, схему И 30, схемы задержек 31 и 32, выходной регистр 33.

Блок управления 24 содержит плату 34, предназначенную для управления шаговым

двигателем устройства 18 разворота укладчика 11, плату 35 управления устройством натяжения 17 навивочного материала, плату 36согласования сигналов ЭВМ 26 со входом блока 25 электроприводов, источники питания 37 блока управления 24 и платы 23 формирователя импульсов движения керна.

Укладчик 11 предназначен для задания направления, создания натлжения и укладки навиваемого материала на керн 12.

Устройство 17 натяжения предназначено для создания усилия натяжения материала в процессе навиоки. Оно представляет собой двухступенчатый редуктор с электродвигателем, работающим в тормозном режиме . Редуктор увеличивает тормозной момент электродвигателя.

Устройство 18 разворота укладчика 11. содержит шаговый двигатель, ходовой пинт с гайкой, соединенной через вилку с плитой.

на которой расположен укладчик.

Плата управления 35 устройством натяжения 17 навивочного материала состоит из нескольких ключей на тиристорах, которые по команде программатора (ЭВМ - в автоматическом режиме) подключает соответствующее напряжение на электродвигатель устройства 17. От величины подаваемого напряжения зависит степень натяжения навивочного. материала.

Телевизионная установка 20 служит для визуализации процесса укладки навивочного материала (плющенки или проволоки), Она, как правило, используется при обработке технологии навивки конкретной спирали.

Блок управления 24 предназначен для обеспечения управления устройством навивки прецизионных спиралей в двух режимах: ручном и автоматическом, В ручном

режиме управление осуществляется при помощи выключателей, расположенных на передней панели блока и на панели 22 выключателей и индикаторов, а в автомати- ческом режиме - по командам ЭВМ.

5 Переключение режимов управления осуществляется соответствующим переключателем вручную. В ручном режиме может быть навита спираль только с постоянным шагом.

Плата 23 формирователя импульсов движения керна предназначена для коррекции скорости вращения керна 12 в соответствии с расстоянием проходимым кареткой 5.

Триггер 28 и схема И 30 необходимы для перезаписи данных из счетчика 27 импульсов интерферометра в выходной регистр 33 в определенный интервал времени по отношению к импульсам интерферометра 15, что исключает потерю импульсов при перезаписи. Этой же цели служат схемы задержки 31 и 32, обеспечивающие перезапись данных и запуск одновибратора 29 после окончания переходных процессов.

Одновибратор 29 обеспечивает гарантированную установку триггера 28 и счетчика 27 импульсов интерферометра в исходное состояние, т.к. без него при некоторых соотношениях между моментами прихода импульсов с датчика оборотов керна и интерферометра 15 на выходе схемы задержки 32 будет очень короткий импульс, длительность которого может оказаться недостаточной для установки триггера 28 и счетчика 27 импульсов интерферометра в исходные состояния, т.е. оно может осуществиться только для одного из них. В этом случае будет нарушена нормальная работа схемы и, как следствие, потеряна точность навиваемого шага спирали. При этом суммарное значение времени задержки ( Гг ) схемы задержки 32 и длительности импульса одновибратора 29 не должно превы- шать половины периода следования импульсов с интерферометра 15.

Блок электроприводов 25 предназначен для питания электродвигателей шпинделя и ходового винта. С целью упрощения схемного и конструктивного решений блок выполнен таким образом, что скорость вращения электродвигателя ходового винта (линейная скорость каретки 5) не зависит от ЭВМ и может быть установлена (или изменена) при помощи расположенных в нем перемычек. Величина этой скорости для каждого типа спиралей устанавливается из технологических соображений и в автоматическом режиме учитывается ЭВМ ка к за данный . параметр. Скорость вращения электродвигателя шпинделя может регулироваться ЭВМ по заданной программе. Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Устанавливается с помощью перемычек в блоке электроприводов 25 заданная скорость перемещения каретки 5 и значение этой скорости вводится в вычислитель (ЭВМ). По команде с пульта ЭВМ при навивке в автоматическом режиме или с панели 22 выключателей и индикаторов при Навмв- ке в ручном режиме каретка 5 и шпиндели 4 приводятся в исходное состояние, соответствующее крайнему положению каретки через микровыключатель 21 и начальное положение датчика 16 оборотов керна 12. Керн 12 зажимается в цангах 13 и с помощью пружин 14 натягивается до упругого

состояния. Степень натяжения керна может регулироваться величиной начальной деформации пружин; Навиваемый материал с бобины подается через устройство 17 натяжения, устройство 19 отсчета длины напитого материала и закрепляется на керне 12.

На пульте ЭВМ задаются данные о параметрах навиваемой спирали в том число: общее количество DIITKOQ, закон изменения переменного шага, количество витков для

закреплений спирали на концах керна, натяжение навивочного материала в зонах закрепления и по рабочей части спирали.

По команде Пуск в соответствии с расчетным режимом навивки подается напряжение на электродвигатели 9 шпинделей и ходового винта, которые приводят керн и каретку во вращательное и поступательное движения. Укладчик 11 материала в начальный момент устанавливается по отношению

к керну 12 под углом, соответствующем первому навиваемому шагу согласно формуле:

«-&

(1)

35

где а -угол у кладки п л ю щенки (проволоки); hcnl - начальный шаг спирали; D - диаметра керна. В процессе навивки производится не- прерывная коррекция угла укладки в зависимости от исходного массива данных по шагам .

Разворот укладчика 11 осуществляется устройством 18 посредством шагового дви- гателя, связанного с ходовым винтом 6 укладчика 11.

Для обеспечения заданной точности навивки шагов спирали в предлагаемом устройстве предусматривается коррекция скорости вращения керна 12 в соответствии с расстоянием, проходимым кареткой 5 за часть оборота керна, в данном случае, за 1 /4 оборота. Для этого используется датчик 16 оборотов керна, установленный на одной оси с керном 12, и интерферометр 15 со счетчиком 27 импульсов интерферометра, состбяние которого соответствует расстоянию, пройденному кареткой 5 как функции Я/2 ( А 0,6328 длина волны излучения

лазера). Во время первой 1/4 оборота ЭВМ устанавливает расчетную скорость вращений шпинделя по введенным в ее память параметрам спирали. По получении сигнала о прохождении первой 1/4 оборота ЭВМ сравнивает расчетное количество импульсов, которые она должна получить с интерферометра с их фактическим значением и осуществляет коррекцию скорости вращения шпинделя. По получении сигнала о прохождений 2-ой четверти оборота ЭВМ сравнивает расчетное количество импуль- .сов, которые она должна получить за время прохождения 1- ой и 2-ой четвертей, с их фактическим значением и осуществляет коррекцию скорости вращения шпинделя. Аналогичные действия осуществляются по получению сигнала о прохождении 3-ей четверти оборота. Далее цикл работы ЭВМ повторяется.

Таким образом, за один оборот шпинделя его скорость вращения корректируется 3 раза, что позволяет согласовать вращательное движение керна с поступательным движением каретки.

Частота вращения шпинделей регулируется по закону

1 + ( incV-noNV)

(2)

где v- число импульсов с датчика 16 оборотов керна 1

ПСУ - число импульсов интерферометра 15эа -7 оборотов керна 12 на l-том шага

навивки; .- ..

п см v - расчетное число импульсов интерферометра 15 за 4 оборота керна

l-том шаге спирали;

Vx- скорость движения каретки 5;

hen - шаг спирали.

Для обеспечения четкой работы описанной выше схемы коррекции скорости вращения шпинделя используется формирователь импульсов движения керна 23. При вращении шпинделя 4 с выхода датчика 16 оборотов керна на счетный вход С триггера 28 через каждые 1/4 оборота керна поступают прямоугольные импульсы напряжения, устанавливающие триггер 28 в единичное состояние (высокий уровень напряжения на выходе). При наличии на выходе интерферо метра 15 положительного импульса напряжения на выходе схемы И 30 появляется высокий уровень напряжения, который через схемы задержки (первую 31 и вторую 32) осуществляет перезапись информации из

счетчика 27 импульсов интерферометра в выходной регистр 33 и запуск одновибрато- ра 29 соответственно. Импульсом напряже- ния с выхода одновибратора 29

устанавливаются триггер 28 и счетчик 27 импульсов интерферометра в исходное состояние. При этом время задержки ( п) схемы задержки 31 должно быть меньше времени задержки ( га) схемы задержки 32,

чтобы информация со счетчика 27 импульсов интерферометра успела переписаться в

выходной регистр 33 до сброса счетчика в исходное положение. Получив информацию с датчика 16 оборотов керна о завершении

очередной четверти оборота, ЭВМ получает также информацию из регистра 33, после чего рассчитывает частоту вращения шпинделей, по формуле (2) и выдает команду на установку ее величины.

Предлагаемое устройство обладает повышенной точностью навивки прецизионных спиралей в диапазоне шагов 0,1-1 мм. Оно обладает тем преимуществ ом, что отпадает необходимость в производстве точных

механических узлов, например, ходового винта.

В предлагаемом устройстве производится сохранение расчетного числа импульсов интерферометра по ходу каретки за

один оборот керна и тем самым достигается интерференционная точность в согласованном движении механических частей (ходовой винт-шпиндель).

35

Форм у л а и зо б р е т е н и я

Устройство для навивки прецизионных спиралей, содержащее каретку с размещенным на лей шпинделем и связанную с ходовым винтом, укладчик навивочного материала на керн, лазерный интерферометр для контроля смещения каретки, блок программного управления натяжением навивочного материала и разворота укладчика, вычислитель частоты вращения шпинделя, соединенный с блоком управления электроприводами ходового винта и шпинделя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит второй шпиндель

для закрепления керна, связанного с укладчиком, подключенный к блоку управления электроприводами, датчик оборотов керна и формирователь импульсов движения керна, включающий триггер, схему И, две схемы

задержки, одновибратор, счетчик и регистр, причем датчик оборотов керна подключен к счетному S-входу триггера, информационным входом вычислителя частоты вращения шпинделей, вход установки нуля R-триггера

соединен с выходом одновибратора и с первым входом счетчика, вторым входом подключенным к выходу лазерного интерферометра, выход триггера через схему И подключен к входам соответственно первой и второй схем задержек импульсов, второй вход схемы И подключен к выходу

лазерного интерферометра, выход первой схемы задержки подключен к управляющему входу регистра, сигнальный вход которого подключен к выходу счетчика, а выход регистра-- к второму входу вычислителя, выход второй схемы задержки подключен к входу одковибратора.

&

&(/. ё

ЭВМ

16

Фие.З

ft ycmpoucfrfly

W

Я блоку

25

К устроистЗу

/7

К эвм 25 Фиг. 5