Электрошпиндель Советский патент 1993 года по МПК B23B5/08 

т

С

Использование: область обработки металлов резанием, в качестве ручного инстру- мента для обработки материала или в качестве самостоятельного элемента метал- лообрабатывающего станка. Сущность изобретения: электрошпиндель содержит полый корпус с установленным в нем электроприводом, валом, кинематически связанным с приводным валом электропривода, и опорами вала электрошпинделя, а также механизм закрепления режущего инструмента, установленный на валу злектро- щпинделя, крыльчатку, размещенную в нагнетательной полости корпуса и установленную на привод ном валу электропривода, канал охлаждения режущего инструмента, сообщенный с нагнетательной полостью корпуса. Устройство управления электрошпинделем включает датчики тока и частоты вращения вала электрошпинделя, три источника питания, преобразователи переменного тока в постоянный, дешифраторы, пороговые элементы, компаратор, фильтры и полосовые фильтры, передатчик и приемник информационного канала, линии связи и блоки световой и звуковой индикации параметров режима резания. Цепочка обратной связи по току нагрузки электропривода позволяет стабилизировать скоростной режим работы независимо от изменения усилия резания и информировать оператора об отклонениях текущего режима от заданного. 2 ил.

Изобретение относится к обработке мё- таллов резанием и может быть использовано в качестве ручного инструмента для обработки металла или в качестве самостоятельного элемента металлообрабатывающего станка.

Целью изобретения является повышение Производительности и чистоты обрабатываемой поверхности путем стабилизации скоростного режима работы электрошпинделя и контроля параметров режима резания.

На фиг.1 представлена конструктивная схема электрошпинделя; на фиг.2 - функциональная схема устройства управления.

Электрошпиндель содержит полый корпус 1 с электроприводом 2, валом 3, кинематически связанным с приводным валом 4

электропривода, и опорами 5 вала. На валу электрошпинделя закреплен сменный механизм б закрепления режущего инструмента, а на приводном валу 4 - крыльчатка 7, размещенная в нагнетательной полости 8, аы- сполненной в корпусе 1 электрошпинделя, с которой сообщен канал 9 охлаждения режущего инструмента, по которому к режущему инструменту, например фрезе, поступает обдувочный воздух из нагнетательной полости 8.

Устройство 10 управления имеет в своем составе первый источник 11 питания, выполненный в виде тиристорного регулятора 12 напряжения и развязывающего трансформатора 13, включенного на выходе тиристорного регулятора 12, вход питания

00

Сл 00

g

00

GO

оторого через первый фильтр 14 подклюен к сети переменного тока, второй источик 15 питания, выполненный в виде блока табилизированного напряжения, выходы которого подключены к шинам питания хем дистанционного пульта устройства.

Выход трансформатора 13 через первый преобразователь 16 переменного тока в постоянный, датчик 17 тока нагрузки и второй фильтр 18 подключен к линии Л9 связи с электродвигателем 20 электропривода 2. На валу установлен датчик 21 частоты вращения вала 3 электрошпинделя, выход которого подключен на первый вход передатчика 22, второй вход которого подключен к выходу задатчика 23, первый вход последнего подключен (через выключатель

- условно не показано) к потенциометру задания частоты вращения вала электрошпин- деля, установленного на корпусе, а второй вход - к выходу блока 24 формирования сигнала Пуск и Останов, который может быть выполнен в виде RS-триггера.

Передатчик 22 может быть выполнен в виде генератора высокой частоты (6,5 МГц), подключенного к первому входу смесителя, второй вход которого подключен к выходу сумматора, а входы последнего совмещены с входами передатчика 22, Выход передатчика 22 через усилитель включен в линию связи с приемником 25 высокочастотного сигнала, выход приемника 25 подключен через первый полосовой фильтр 26, второй преобразователь 27 переменного тока в постоянный к первому входу первого дешифратора 28, а через второй полосовой фильтр 29, третий преобразователь 30 переменного тока в постоянный и второй дешифратор 31 - к первому входу компаратора 32, второй вход которого подключен к выходу дешифратора 28, а выход - к первому входу блока 33 управления тиристорным регулятором 12. Дешифратор 28 выполнен с тремя входами, причем второй и третий входы служат для подключения, через соответствующий коммутирующий элемент, к блоку задания частоты вращения вала электрошпинделя, размещенного соответственно или на пульте дистанционного управления или в ручке электрошпинделя (преимущественно при использовании электрошпинделя в качестве ручного инструмента) или в выходном блоке управляющей электронно- вычислительной машины. В этом случае второй выход датчика 17 включается на вход управляющей электронно-вычислительной машины. Первый выход датчика 17 подключен к входам первого и второго пороговых элементов 34 и 35 и входу первого генератора 36. Первый выход порогового элемента

34 подключен к второму входу блока 33. Первый выход порогового элемента 35 подключен ко входу второго генератора 37, выход которого подключен ко второму входу

усилителя 38, первый вход которого подключен к выходу первого генератора 36. Усилитель 38 выполнен с третьим входом для подключения к задатчику коэффициента усиления, а на выходе усилителя 38 включен

блок звуковой индикации, выполненный в виде динамика. Вторые выходы элементов 34 и 35 подключены ко входам первого и второго блоков световой индикации.

В пульте дистанционного управления

5 электрошпинделем размещен модулятор 39, подключенный через линию связи ко входу третьего источника 40 питания, выполненного в виде выпрямителя и блока стабилизированного напряжения, выходы

0 которого подключены к шинам питания схем, размещенных в корпусе 1 электрошпинделя.

Датчик 21, блок 24, задатчик 23, передатчик 22 и третий источник 40 питания раз5 мещены в корпусе 1 электрошпинделя и подключены к элементам дистанционного пульта через линию связи.

Электрошпиндель работает следующим образом.

0 Производят установку задания частоты вращения вала электрошпинделя по одному из трех возможных каналов: потенциометром задания, установленным на корпусе 1 электрошпинделя (ручное управление); с

5 пульта дистанционного управления от блока задания (дистанционное управление); от . управляющей электронно-вычислительной : машины (программное управление).

При этом по сигналу задания на одном

0 из входов дешифратора 28 на его выходе формируется код, соответствующий уставке частоты вращения вала электрошпинделя.

При ручном управлении сигнал от задатчика 23 поступает на первый вход дешифра5 тора 28 через передатчик 22, линию 19 связи, приемник 25, фильтр 26 и преобразователь 27. В начальный момент времени после установки сигнала Пуск, сигнал на выходе датчика 21 отсутствует, поэтому сиг0 нал на выходе передатчика 22 имеет только одну составляющую, амплитуда которой пропорциональна сигналу уставки частоты вращения вала электрошпинделя. В приемнике 25 указанный сигнал демодулируется и

5 поступает на входы полосовых фильтров 26 и 29.

Поскольку высокочастотная составляющая сигнала на входе фильтра 29 в момент пуска отсутствует, то на его выходе и первом входе компаратора 32 присутствует нулевой

сигнал. Фильтр 26 обеспечивает фильтрацию сигнала с выхода приемника 25 от помех и.выделение переменной составляющей указанного сигнала, наличие которой обусловлено изменением сигнала устзвки от потенциометра задания. На выходе преобразователя 27 формируется импульсный сигнал постоянного уровня, соответствующий величине уставки частоты вращения вала электрошпинделя, который преобразуется в дешифраторе 28 в соответствующий уровень сигнала, поступающий на второй вход компаратора 32, При этом на выходе блока 33 формируется сигнал, обеспечивающий минимальный угол задержки открытия тиристоров регулятора 12 относительно нуля синусоиды питающего напряжения, и максимальное значение, для данного режима работы электрошпинделя, напряжения и тока электродвигателя 20, что обеспечивает выход на режим рабочих оборотов электрошпинделя за минимально возможное (для заданного режима) время. Ограничение минимального угла задержки открытия тиристоров (максимального значения пускового тока электродвигателя 20) обеспечивается по сигналу с выхода порогового элемента 34, формируемым при превышении тока нагрузки электродвигателя 20 заданной величины.

При работе электрошпинделя на выходе датчика 21 формируется частотный сигнал, соответствующий текущей величине частоты вращения вала электрошпинделя, при этом на выходе передатчика 22 формируется сигнал с несущей частотой 6,5 МГц, имеющий две составляющие, амплитудная модуляция по коэффициенту заполнения первой из которых определяется величиной сигнала на выходе задатчика 23, а амплитудная модуляция второй - имеет фиксированную величину, равную величине размаха сигнала датчика 21. Частота изменения второй составляющей соответствует измеряемой частоте вращения вала электрошпинделя.

Демодулировзнный сигнал, имеющий высокочастотную составляющую, определяемую оборотами вала электрошпинделя, и низкочастотную составляющую, определяе- , мую сигналом уставки оборотов, поступает с выхода приемника 25 на входы фильтров 26 и 29. Фильтр 29 выделяет только высокочастотную составляющую сигнала, которая преобразуется в сигнал постоянного уровня (импульсный) в преобразователе 30, а затем в код, соответствующий текущей величине частоты вращения вала электрошпинделя, в дешифраторе 31. Формирование сигнала уставки оборотов вала электрошпинделя

обеспечивается элементами 26,27 и 28 аналогичным описанному выше образом.

На выходе компаратора 32 формируется сигнал, соответствующий разности уров- 5 ней сигналов, соответствующих заданному и текущему значениям частоты оборотов вала электрошпинделя, поступающий на вход блока 33 управления тиристорным регулятором 12. Величина и знак сигнала на выходе

0 компаратора 32 определяют величину и направление изменения угла открытия тиристоров регулятора 12г а следовательно, и величину напряжения и тока электродвигателя 20. Изменение тока, а следовательно, и

5 момента на валу электродвигателя 20 обеспечивает поддержание частоты вращения вала электрошпинделя на заданном уровне независимо от величины нагрузки (глубины резания, обрабатываемого материала, ско0 рости подачи и т.п.). Коррекция угла задержки открытия тиристоров регулятора 12 блоком 33 осуществляется при превышении тока нагрузки электродвигателя 20 заданного уровня по сигналу, формируемому поро5 говым элементом 34, что обеспечивает исключение аварийных режимов работы электрошпинделя и повышает надежность его работы в целом. Кроме того, в случае превышения параметров режима работы

0 электрошпинделя преде ьно допустимых, сигнал на выходе порогового элемента 34 обеспечивает включение предупредительной световой сигнализации.

Таким образом, система стабилизации

5 частоты вращения вала электрошпинделя изменяет развиваемый электродвигателем момент в соответствии с потребным моментом на режущем инструменте.

Контроль за параметрами режима реза0 ния осуществляется в контуре обратной связи по току нагрузки электродвигателя 20 (усилию резания) с выходом на звуковой канал. При этом, если параметры режима резания, например глубина захода режущего

5 инструмента, соответствуют допустимым значениям, то на выходе порогового элемента 35 присутствует нулевой сигнал и второй генератор 37 - заторможен, а сигнал на выходе усилителя 38 имеет только одну си0 нусоидальную составляющую, формируемую первым генератором 36.

Частота синусоидального сигнала на выходе генератора 36 регулируется по сигналу датчика 17 тока, т.е. пропорциональна

5 моменту на валу 3 электрошпинделя и усилию резания. При превышении допустимого усилия резания и соответствующего ему увеличению тока нагрузки, на выходе порогового элемента 35 формируется отличный от нуля сигнал, запускающий генератор 37,

Ф&р.г