Система автоматического управления токарным станком Советский патент 1979 года по МПК B23Q15/00 

I

Изобретение относится к металлорежущим станкам, а именно к автоматическому регулированию режимов работы станков. Наиболее целесообразно применение системы на тяжелых токарных, расточных,фрезерных станках, однако возможно ее применение и на других станках.

Процессу черновой-обработки крупногабаритных поковок как объекту регулирования свойственно то, что на полезный сигнал (регулируемый параметр) накладывается сигнал помехи, обусловленный некруглостью заготовки в поперечном сечении, неточностью установки ее, разбросом физико-механических свойств обрабатываемого материала, вызывающим значительные колебания силовых параметров процесса резания в течение оборота изделия и приводящим в ряде случаев к «резанию воздуха. Применение систем стабилизации, использующих в качестве выходного параметра среднее за оборот (фильтрованное) значение измеряемой величины, недопустимо в указанных условиях, так как среднее значение не позволяет оценить условия работы системы СПИД

Наиболее эффективными при наличии помехи больо1ой амплитуды являются системы автоматического регулирования, стабилизирующие на выбранном уровне максимальные за оборот шпинделя (период действия помехи) значения измеряемой величины.

Известная система адаптивного регулирования токарного станка, регулирующая по экстремальному значению измеряемой величины, содержит установочное звено, подключенное непосредственно и через последовательно соединенные передаточное и накопительное звенья с про.межуточным звеном, имеющим релейную характеристику. На входе передаточного звена включен датчик импульсов, частота которого синхронизирована с частотой помехи. К передаточному и накопительному звеньям подведены входы гащения, запрещающие их работу в случае появления на выходе релейного элемента сигнала, свидетельствующего о превыщении управляемой величиной верхнего заданного предела. Схема выполнена так, что при выходе максимального за оборот значения выходной величины из зоны нечувствительного релейного элемента, на установочное звено поступают корректирующие импульсы, возвращающие объект в заданное состояние. в качестве полезного сигнала выбран максимум измеряемого параметра за оборот шпинделя станка. Такая система предохраняет от перегрузок путем регулирования величины периодически появляющихся максимумов измеряемого параметра. Однако последние исследования в области физики показали, что долговечность режущего инструмента и станка определяется не только величиной приложенного усилия, но и временем его действия. Так как характер распределения нагрузки в течение оборота изделия самый различный, то стабилизация максимального за оборот изделия значения силового параметра на определенном уровне при обработке с известной системой регулирования не позволяет получить одинаковую эффективность протекания процесса по длине обрабатываемой детали, а при выборе уровня стабилизации оценить интенсивность нагрузки, действующей на систему СПИД. При одинаковых максимальных значениях измеряемой величины наиболее тяжелым будет режим непрерывного точения абсолютно круглой заготовки, при отсутствии помехи. Влияние помехи в сторону уменьщения силы резания облегчает условия работы инструмента и силовых узлов станка. Долгое время работая при кратковременных больщих значениях максимумов, станок и инструмент могут значительно перегружаться при длительных в течение оборота воздействиях такой же амплитуды. Так как характер распределения нагрузки за оборот заранее неизвестен, величина уставки выбирается из условия максимально возможной нагрузки. Однако настройка на наиболее тяжелый режим работы приводит к снижению эффективности (производительности) процесса при появлении помехи, вызывающей уменьшение нагрузки в течение оборота изделия. Кроме того, известная система не учитывает изменение температуры «слабого звена, чаще всего режущего инструмента, которая интенсивно влияет на долговечность системы СПИД и зависит не только от характера нагрузки, но и от длительности работы станка и инструмента с момента их включения. Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, повыщение эффективности использования системы СПИД при черновой обработке изделий на тяжелых токарных станках. Указанная цель достигается тем, что в известной системе автоматического регулирования токарным станком, включающей объект управления, установочное звено, звено сравнения, датчик оборотов, датчик усилия резания, датчик температуры, выходы датчиков усилия резания и температуры соединены с функциональным преобразователем, выход которого через последовательно включенный интегратор с управляемым от датчика оборотов периодам интегрирования соединен со звеном сравнения. Введение функционального преобразователя, реализующего зависимость долговечности инструмента от нагрузки и температуры, и интегратора, вычисляющего интенсивность влияния этих факторов в течение одного оборота изделия, позволяет выбрать в качестве стабилизируемого параметра критерий, характеризующий действительные условия работы и эффективность протекания процесса на постоянном уровне, заданном заранее от условий максимального использования системы СПИД. Изменение в широких пределах скорости вращения шпинделя при обработке на универсальных станках не позволяет применить в системе управления интегратор с постоянным периодом интегрирования. Период интегрирования задается равны.м периоду вращения шпинделя датчиком оборотов. Па чертеже представлена функциональная схема системы регулирования. Система автоматического регулирования токарным станком содержит звено сравне ния 1, установочное звено 2, объект управления 3, датчики усилия 4 и температуры 5, функциональный преобразователь 6, интегратор 7. Период интегрирования интегратора задается датчиком оборотов, состоящим из ключа 8 и кулачка 9, связанного со шпинделем станка. Система работает следующим образом. В процессе резания непрерывно измеряют нагрузку и температуру выбранного в качестве «слабого звена системы СПИД (чаще всего режущего инструмента). Сигналы с датчиков усилия 4 и температуры 5 непрерывно поступают на вход функционального преобразователя 6, реализующего влияние интенсивности действия на слабое звено условий обработки. Полученный сигнал, характеризующий интенсивность действия усилия и температуры на «слабое звено, поступает на интегратор 7. Период времени интегрирования задается равным времени одного оборота шпинделя датчиком оборотов, состоящим из ключа 8 и кулачка 9, связанного со шпинделем станка. Один импульс, появляющийся при замыкании ключа, запускает интегратор, последующий ограничивает период интегрирования и подает команду на считывание результата. С выхода интегратора сигнал, характеризующий интенсивность работы системы СПИД, поступает на звено сравнения 1, где сравнивается с сигналом уставки. Сигнал ошибки с выхода звена сравнения поступает на установочное звено 2, воздействующее на объект управления 3. Предложенная система работает в два такта. В течение одного оборота происходит измерение и вычисление выходного параметра, в следующий

оборот происходит считывание и отработка сигнала рассогласования. Однако может быть выполнена система, работающая в течение каждого оборота шпинделя. Для этого должен быть добавлен еще один интегратор, работающий в режиме, сдвинутом во времени на период вращения щпинделя по отношению к первому интегратору.

Указанное выще расположение элементов системы позволяет максимально использовать возможности системы СПИД при работе в условиях сильнодействующей помехи, переменной как по частоте, так и по характеру ее распределения.

Формула изобретения

1. Система автоматического управления токарным станком, содержащая датчик усилия резания, датчик температуры, датчик оборотов и звено сравнения, связанное через установочное звено с объектом управления.

отличающаяся тем, что, с целью повыщения эффективности использования системы СПИД, она снабжена интегратором и функциональным преобразователем интенсивности действия на слабое звено условий обработки, входы которого подключены к выходам датчиков усилия резания и датчика температуры, а выход через интегратор подключен к звену сравнения, причем интегратор связан также с выходами датчика оборотов.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения работы системы в течение каждого оборота щпинделя, система снабжена дополнительным интегратором, сдвинутым во времени на период вращения щпинделя по отношению к первому интегратору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ГДР № 82586, кл. 21 С 62/80, 1971.