Устройство для программного управления металлорежущими станками Советский патент 1981 года по МПК G05B19/39 

1

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для управления металлорежущими станками с числовым программным управлением по динамическим характеристикам системы станок-приспособление-инструмент- деталь ,

Известно устройство для управления металлорежущим станком, содержащее датчик силового параметра,блок обратной связи, сумматор, задатчик силово.го параметра, блок умножения, корректирующий блок, привод, блок деления, датчик скорости перемещения, которое стабилизирует силовые параметры процесса резания для повышения точности работы оборудования, увеличения стойкости режущего инструмента 1.

Однако это устройство имеет ограниченные функциональные возможности из-за того, что величина износа инструме#«та не измеряется, а также оно недостаточно быстродействующее.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система адаптивного управления металлорежущими, станками, содержащая датчик вибраций, фильтры, логический блок, выполненный в виде схем И, ИЛИ, выпрямители, пороговые устройства,компаратор для сравнения с эталонным сигналом. Вибрации системы станоклриспособление-инетрумент-детальпоступают на датчик вибраций, который формирует сигнал, проходящий через фильтры, причем полоса пропускания каждого фильтра соответствует резонансной частоте колебаний станка. Частоты, которые не задерживаются

10 фильтра и, создаются внешними источниками колебаний, т.е. зависят от условий резания. Пропущенные частоты-чг подаются на выпрямитель и компаратор для сравнения с зталонным сигналом.

15 Сигнал рассогласования подается на выход, регулирующий скорость подачи, глубину или скорость резания. Одновременно резонансные частоты через другие фильтр, выпрямитель, порого20вое устройство, пропускающее сигналы, если они превышают заданный уровень, подаются на .схему ИЛИ и на второй выход, который регулирует глубину резания,ширину режущей части резца.

25 Сигнал с первого выхода подается на пороговое устройство, задающее более низкое предельное значение скорости подачи. Пороговые .устройства соединены со схемой И, которая выдает

30 сигнал в том случае , если после уменьшения до мнниьтума скорости подачи колебания, вызванные внешними причинами ,остаются чрезмерно болы1л-1м-1 &1ХОДНОЙ сигнал подается через схему ИЛИ на второй выход 2,

Недостатками известной системы являются невысокое быстродействие системы обработки информации из-за конструктивной сложности построения электрической схемы, снижение качества процесса обработки деталей вследствие невозможности получения и использовг1ния для подачи управления фазочастотных характеристик процесса.

Цель изобретения - повьааение точности системы.

Поставленная цель достигается тем что устройство для гтрограммного упраления мета.шюрежуга.имистсгнками, содержащее посл-едовательно соединенные арифметический блок,- исполнительный элемент f ялатчик вибрация исполь:итель ного элемента,, подключенный вторым входом к выходу источника света, фотодиод р усилитель и сохласуклций элемент, подключенный тервьи-д В1,ходом к первому входу ггрифметическохо блока, содержит отражг тель и гюследовательно соединенньч:е лазер, полупрозрачное зеркало, модулятор света, объектив и передающую телевизионнукз трубку, второй вход которой через последовательно включенные отражатель и полупрозрачное зеркало связан с выходом лазера, второй выход согласуюгцего элемента соединен со вторым входом модулятора света, а вторые входьл и Выход арифметического блока соединены соответственно с выходом и третьим входдом передающей телевизионной трубки.

На чертеже представлена схема прелагаемого устройствс1.

Схема состоит из оптического когерентного спектроанализатора 1 и электронного узла 2 формирования команд управления оборудованием, Спектроанализатор 1 содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазер 3, модулятор 4 света, установленный в передней фокш1ьной плоскости объ)ектива 5, в качестве кото рого используется цилин/прическая линза с относительным отверстием 1:10 и более, передающую телевизионную трубку б, в качестве которой используется диссектор ЛИ-601, установ;:енную в задЕ1ей фокальной плоскости объектива 5, полупрозрачное зеркало 7 и отражатель 8, Узел 2 включает арифметический блок 9, представляющий собой Г4ИНИ-ЭВМ типа Электроника Э-бО, на нход которого поступают сигналы с согласующего элемента 10 (фильтра) постоянной составляющей напряжения, усилитель 11, датчик 12 вибрации исполнительного элемента, выполненный в виде светового карандаша, фотодиод 13, источник 14 света и исполнительный элемент (режуцщй 1нструмент) 15 .

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок интенсивности 1 от,источника 14 света проецируется при помощи волоконного световода на исполнительный элемент 15. Отраженный от него световой поток, промодулированный по интенсивности вибрации э,пемента 15, проецируется вторым световодом на чувствительную площадку фотоддиода 13. 3 результате на его выходе генерируется переменное во времени напряжение (t}, которое усиливается уси,пителем 11 и подается

го напряжения Ug.j,(t), которая является информацией о частоте виораций элемента 15 и подается на злектричесь:ий вход мо,дулятора 4. На выходном оокне модулятора 4 возникает дифракпл-Онное поле падающего на входное окно пучка когерентьюго монохроматического из,тучения с длиной волны X. от л 13 ер а 3 .

Объектив 5 с фокусным расстоянием f преобразует ,цифракцио:)ное поле в пространственно частот 1-;ыи спектр и ( fy ) , который формируется в за,,пней фо1 альной плоскости, т.е.

/( f-t}-F U(t )-1 U(t ,) ехр -J - 2fC U-tit, (1)

где временная частота спектра.

Св,язь между временной f,{. и пространстненной частотой f., определяется вьфажением

(2)

f

2V

где V - скорость распространения

акустической волны в модуляторе 4, и зависит от материала звукового столба модулятора

Связь между г ростра} сгвенно частотнг:й координатой пространственной координатой j выражается соотношением

(3)

- X-f и 1,3) определяется

...,

4)

X f

f.

. 2 У т.е. временное колебание с частотой f будет наблюдаться в точке с координ той у/Гаким образом, в задней фокал ной плоскости объектива 5 наблюдается амплитудно-фазовый спектр вибраций, т.е.

V(fv) A(f, ). (5)

где A(f,) - амплитудно-частотный

спектр; 54(fv,) - фазочастотный спектр. Поскольку обычные фотоприемники и фотопленки чувствительны к интенсивности света, которая пропорциональна квадрату амлитуды, то при регистрации спектра происходит потеря фазового спектра. Для предотвращения этого введена опорная волна при помо щи зеркала 7 и отражателя 8 и производится регистрация спектра методом голографии. Если опорная волна ,-n-Td) 0- угол падения опорной волны, т в результате интерференции спектра вибраций с опорной волной результиру щее волновое поле может быть описано выражением lifCv) -izJuiV S(y) V{y) -. R{y) A(y) ( Поскольку фотоприемник с интеграл ной чувствительностью S регистрирует интенсивность света, то УПЛЭ (5(у))- S S(y) 5 (у) S ,А(у) .2A(v) ,(9) При помощи трубки 6 спектр вводит ся в арифметический блок 9 по управляющей команде считывания , Амплитуда и частота спектра вибраций зависят ОТ величины износа режущего инструмента, силы резания, жесткости систе1 ы станок-приспособление-инструмент-деталь, Поэтому амплитудночастотный спектр вибраций является информацией о величине износа инструмента, В памяти блока 9 записаны эталонные спектры вибраций различных инструментов. Блок 9 фopмJг pyeт управ ляющую команду У для замены инструмента при достижении критической вел чины его износа, а также управляющую команду Урпо величине силы резания и жесткости системы станок-приспособление-инструмент -деталь . Предлагаемое устройство имеет преимущества по сравнению с известными техническими решениями, так как позволяет с высокой скоростью получать информацию о динамических характеристиках системы станок-приспособление-инструмент-деталь , вырабатывать команды для замены инструмента,перестраивать режим работы оборудования, повысить точность и качество процесса обработки деталей. Формула изобретения Устройство для программного управления металлорежущими станками,содержащее последовательно соединенные арифметический блок, исполнительный элемент , датчик вибраций исполнительного элемента, подключенный ВТОРЫМ входом к выходу источника света, фотодиод, усилитель и согласующий элемент, подключенный первым выходом к первому входу арифметического блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит отражатель и последовательно соединенные лазер, полупрозрачное зеркало, модулятор света, объектив и передающую телевизионную трубку, второй вход которой через последовательно включенные отражатель и полупрозрачное зеркало связан с выходом лазера,второй выход согласующего элемента соединен со вторым входом модулятора света, а вторые входы и выход арифметического блока соединены соответственно с выходом и третьим входом передающей телевизионной трубки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 591819, кл. G 05 В 13/02, 1976. 2.Патент Великобритании №1421101, кл. G 3 N, опублик. 1976 (прототип).