Самонастраивающаяся система управления процессом механической обработки Советский патент 1982 года по МПК B23Q15/07 G05B19/39 

(54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для управлений технологическими процессами обработки на металлорежущих станках. Известна самонастраивающаяся система управления процессом механической обработки, содержащая задающий генератор, установленный на заднем торце резца, преобразователь вибраций, выход которого подключен к цепи, включающей в себя узкополосный фильтр с фиксированной настройкой частоты, узкополосный перенастраиваемый фильтр, генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом узкополосного перенастраиваемого фильтра, усилитель мощности, соединенный своим выходом с электромеханическим преобразователем, связанным с резцом 11. Однако известное устройство имеет недостаточную стойкость инструмента за счет влияния циклических составляющих сил резания на задней грани инструмента. Цель изобретения,- повышение стойкости режущего инструмента за счет снижения циклических составляющих сил резания. Эта цель достигается тем, что система снабжена двумя детекторами со встроенными блоками усреднения тремя аналоговыми ключами, блоком запоминания минимума блоком сравнения, имеющим заданную зону нечувствительности, дифференциальным усилителем, элементом совпадения, генератором прямоугольных импульсов, триггером и блоком управления мощностью, причем вход первого детектора со встроенным блоком усреднения подключен к выходу узкополосного фильтра с фиксированной настройкой частоты, а выход - к входу узкополосного перенастраиваемого фильтра, вход второго детектора со встроенным блоком усреднения соединен с выходом узкополосного перенастраиваемого фильтра, а выход подключен к входам двух аналоговых ключей, при этом вход блока запоминания минимума подключен к выходу первого аналогового ключа, а выход - к опорным входам блока сравнения и дифференциального усилителя, причем входы сравнения блока сравнения и ляфференциального усилителя подключены к выходу второго аналогового ключа, а выход блока сравнения связан через элемент совпадения с вх(здом генератора пилообразного напряжения, выход которого через включенные последовательно задающий генератор и усилитель мощности подключен к входу электромеханического преобразователя, кроме того, входы третьего аналогового ключа связаны соответственно с выходами элемента совпадения и дифференциальног(| усилителя, а выход через блок управления мощностью связан с входом усилителя мощности, при этом вход генератора прямоугольных импульсов связан с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход его через триггер связан соответственно с входами первого и второго аналоговых ключей, а также с входом элемента совпадения. На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из задающего генератора 1, выходом подключенного к усилителю 2 мощности, который соединен с электромеханическим преобразователе.м 3, генератора 4 пилообразного напряжения, управляющего задающим генератором 1. Устройство также состоит из последовательно соединенных преобразователя 5 вибраций, узкополосного фильтра с фиксированной настройкой частоты 6 первого детектора со встроенны.м блоком 7 усреднения, узкополосного перенастраиваемого фильтра 8 и второго детектора с интеграторо.м 9. При этом генератор 4 гшлообразного напряжения выходом подключеп к узкополосному неренастраиваемо.му фильтру 8 и к входу генератора 10 прямоугольных импульсов. Устройство также содержит триггер 11, три аналоговых ключа 12-14, элемент 15 совпадения, блок 16 сравнения дифференциальный усилитель 17. Опорные входы двух последних подключены через блок 18 запоминания минимума к выходу аналогового ключа -12, а их сравнивающие входы к выходу аналогового ключа 13. При этом входы ключей 12 и 13 соединяются с выходом детектора с интегратором 9, первый выход триггера 1 I подк.чючен к управляющему входу аналогового ключа 12, а второй - к унравляюще.му входу аналогсшого ключа 13 и к первому входу элемента совпадения, второй вход которого соединяется с выходом блока 16, сравне1П1я, а выход - со входом генератора 4 пилообразного напряжения и управляющим входом апалогового ключа 14. Выход дифференциального усилителя 17 через аналоговый ключ 14 соединен со входом блока 19 управления мощностью, имеющего ручп1.1е задатчики минимальною и мак сймально1о значения .1оник)сти возбуждения выход его соединен с усилителем 2 мощности Система работает следующим образом. От задаюп1его епе)атора I через усилитель 2 мощности и электромеханический преобразователь 3 на режу1ций инструмент накладываются ультразвуковые колебания, частота которых регулируется с помощью генератора 4 пилообразного напряжения. Возникающие в зоне резания волны вибоакустической эмиссии регистрируются вибропреобразователе.м 5, установленны.м на торце резца или на суппорте, далее сигнал подается яа узкополосный фильтр с фиксированной настройкой частоты 6 со встроенным усилителем. Частота настройки фильтра 6 выбирается таким образо.м, что акустические сопротивления на этой частоте от задней грани режущего инструмента до .места установки вибропреобразователя 5 минимальны. Амплитудная модуляция этой частоты FieceT информацию о силовых процессах на задней грани инструмента. Для выделения огибаюнгий сигнал с выхода узкополосного фильтра 6 подается на вход детектора со встроенным блоком 7 усреднения. Так как основные циклические силы в радиальном направлении возникают на частоте возбуждения, то выделенная огибающая подается на узкополосной перенастраиваемый фильтр 8, частота настройки которого синхронизирована с частотой возбуждения генератора 1. Продетектировав сигнал С фильтра 8 с помощью детектора 9 со встроенны.м интегратором получаем напряжение, пропорциональное величине циклических сил на задней грани. Поиск оптимальной частоты возбуждения осуществляется по минимуму напряжения на выходе детектора 9 со встроенным интегратором, при перестройке частоты возбуждения - в пределах полосы пропускания электромеханического преобразователя 3. Синхронно с начало.м перестройки генератора 4 пилообразного нанряжения генератором 10 прямоугольных импульсов вырабатывается импульс, опрокидывающий триггер 11 в первое состояние, в котором он открывает аналоговый к,1юч 12, пропускающий сигнал с выхода детектора 9 со встроенны.м иптеграторо.м на блок 18 запоминания мини му.м а. С началом повторной перестройки генератора 4 пилообразного напряжения триггер 11 вновь опрокидывается и открывает второй аналоговый ключ 13. Напряжение с детектора со встроенны.м интеграторо.м 9 через аналоговый ключ 13 поступает на вход блока 16 сравнения, где сравнивается с выходным напряжением блока 18 запоминания минимума. При совпадении сравниваемых напряжений блок 16 сравнения посредством элемента 15 останавливает перестройку генератора 4 пилообразного напряжения, так как система настроилась на частоту возбуждения соответствуклдую .минимальной величине циклических сил па задней грани инструмента. Следует от.метить, что поскольку в процессе обработки .меняются упругие свойства системы СПИД, то это приводит к изменению циклических сил на задней грани. Для поддерживания их на заданном уровне в системе имеется контур регулировки мощности, работа которого заключается в следующем. На дифференциальный усилитель 17 с блока 18 запоминания минимума подается минимальное значение циклических сил и через аналоговый ключ 13 - их текущее значение. Разностный сигнал с выхода дифференциального усилителя 17 поступает через аналоговый ключ 14 на блок 19 управления мощностью, в состав которого входят ручные задатчики максимального и минимального значений мощности, в пределах которых производится управление мощностью усилителя 2. За счет обратной связи по мощности текущее значение циклических сил а следовательно и сигнала на выходе детектора 9 с интегратором поддерживается постоянным, равным величине сигнала, находящегося в блоке 18 запоминания мини.мума. При большом изменении циклических сил, действующих на заднюю грань инструмента, для их поддержания на заданном уровне, потребуется мощность, выходящая за пределы, заданные в блоке 19 управления мощностью. В этом случае необходимо перейти на другую частоту возбуждения, которая при новых условиях будет оптимальной. Этот процесс происходит автоматически. Так как напряжение на выходе детектора 9 с интегратором при новых условиях уже не поддерживается равным напряжению в блоке 18 запо.минания минимума, то сигнал на выходе блока 15 сравнения отсутствует. В результате этого снимается напряжение с управляющего входа генератора 4 пилообразного напряжения, который вновь перестраивается и процесс поиска опти.мальной частоты повторяется. В процессе настройки на оптимальную частоту мощность возбуждения поддерживается средней между минимальным и .макси.мальным уровнями, заданными в блоке 19 управления мощностью. Применение предлагаемого устройства эффективно при обработке деталей на металлорежущих станках при чистовых, так и при черновых операциях. При этом для чистовых операций наиболее важным является повыщение качественных показателей, а именно уменьшение величины шероховатостей и глубины деформированного слоя. Для черновых операций важно повыщение стойкости инструмента обеспечиваемое этим устройством, так как черновые операции производятся при больших допустимых величинах износа по задней грани, а именно при больщой площади контакта, когда радиальные движения инструмента вызывают значительные циклические силы, приводящие к усталостным разрушениям инструмента. Экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства определяется повышением времени стойкости режущего инструмента и повьппением качества обрабатываемых деталей. Форму.ш изобретения Самонастраивающаяся система управления процессом механической обработки, содержащая задающий генератор, установленный на заднем торце резца, преобразователь вибраций, выход которого подключен к цепи, включающий в себя узкополосный фильтр с фиксированной настройкой частоты, узкополосный перенастраиваемый фильтр генератор пилообразного напряжения, выход которого соединен с управляющим входом узкополосного перенастраиваемого фильтра, усилитель мопшости, соединенный своим выходом с электромеханическим преобразователем, связанным с резцом, отличающаяся тем, что, с целью повыи ения стойкости режущего инструмента за счет снижения циклических составляющих сил резания, она снабжена двумя детекторами со встроенными блоками усреднения, тремя анало -овыми ключами,блоком запоминания минимума, блоком сравнения, имеющим заданную зону нечувствительности, дифференциальным усилителем, элементом совпадения, генератором прямоугольных импульсов, триггером и блоком управления мощностью, причем вход первого детектора со встроенным блоком усреднения подключен к выходу узкополосного фильтра с ф 1кспрованной настройкой частоты, а выход-к входу узкополосного перенастраиваемого фильтра, вход второго детектора со встроенным блоком усреднения соединен с выходом узкополосного перенастраиваемого фильтра, а выход подключен к входам двух аналоговых ключей, при этом вход блока запоминания минимума подключен к выходу первого аналогового ключа, а выход-к опорным входам блока сравнения и дифференциального усилителя, причем выходы сравнения блока сравнения и дифференциального усилителя подключены к выход второго анало1ового ключа, а выход блока сравнения связан через элемент совпадения с входом генератора пилообразного напряжения, выход которого через включенные последовательно задающий генератор и усилитель мощности подключен к входу электромеханического преобразователя, кроме того, входы третьего аналогового ключа связаны соответственно с выходами элемента совпадения и дифференциального усилителя, а выход через блок управления мощностью связан с входом усилителя .мощности, при этом вход генератора пря.моугольных импульсов связан с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход его через триггер связан соответственно с входами первого и второго апалоговых ключей, а также с входом элемента совпадения. 11стомникп информации, принятые во внимание при экспертизе 1. .Авторское свп.чстсльство (.(.(.Р ЛЬ 6S7782, кл. G 05 В 1300, 1978.

u