RU2023551C1

RU2023551C1 - Control system for numerically controlled gear shaping machine tool

Info

Publication number: RU2023551C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иосифович Голембиевский
Original assignee: Новополоцкий политехнический институт
Priority date: 1988-12-12
Filing date: 1988-12-12
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: machine tool building. SUBSTANCE: control system has first and second pulse-type measuring transducers, mounted on a rammer and on an indexing table and joined respectively with first and second counters, whose outputs through first and second AND-gates are connected with inputs of a phase discriminator. An output of the phase discriminator is connected with an input of a summing amplifier, whose two other inputs are connected with outputs of first and second units for circular displacement of the indexing table. Inputs of both units for circular displacement are connected with an output of the first counter in such a way, that the first of the above mentioned units is directly joined with the above mentioned output and the second unit is connected with the output of the first counter through third AND-gate. A device for forming signal, controlling a circular displacement of the indexing table, is in the form of strain-gage bridge, whose outputs are connected with an input of a differential amplifier. An output of the differential amplifier is connected with a circuit, including connected in series analog switch, integrator, limiter, delay unit. An output of the delay unit is connected with the inputs of the first and the second AND-gates through NO-gate, and it is connected with an input of the third AND-gate. EFFECT: enhanced reliability of controlling. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к станкостроению, в частности к системам управления зубодолбежных станков с ЧПУ. The invention relates to machine tool industry, in particular to control systems for CNC gear shaping machines.

Известна система управления зубодолбежного станка с ЧПУ, содержащего делительный стол с приводом радиального врезания и штоссель долбяка с приводами поступательно-возвратного движения и круговой подачи, включающая первый и второй импульсные измерительные преобразователи, установленные соответственно на штосселе и делительном столе. Выход первого импульсного измерительного преобразователя связан с соединенными последовательно первым усилителем импульсного сигнала, первым счетчиком и первым элементом И, выход которого связан с входом фазового дискриминатора. Выход второго импульсного измерительного преобразователя связан с соединенными последовательно вторым усилителем импульсного сигнала, вторым счетчиком и вторым элементом И, выход которого связан с входом фазового дискриминатора. Выход фазового дискриминатора связан с соединенными последовательно импульсно-аналоговым преобразователем, суммирующим усилителем и усилителем мощности привода радиального врезания делительного стола. Входы первого и второго элементов И через элемент НЕ связаны с выходом устройства для формирования сигнала управления круговым смещением делительного стола. Выход первого счетчика соединен с входом первого блока круговой подачи делительного стола, у которого выход соединен с входом суммирующего усилителя. С входами первого и второго счетчиков соединены выходы соответственно первого и второго блоков задания передаточного отношения. Устройство для формирования сигнала управления круговым смещением делительного стола выполнено в виде электронного реле времени [1]. A known control system of a gear-shaping machine with CNC, comprising a dividing table with a radial insertion drive and a ram of a dolbyak with translational-reciprocating and circular feed drives, including the first and second pulse measuring transducers mounted on the ram and dividing table, respectively. The output of the first pulse measuring transducer is connected in series with the first pulse signal amplifier, the first counter and the first element And, the output of which is connected to the input of the phase discriminator. The output of the second pulse measuring transducer is connected in series with a second pulse signal amplifier, a second counter and a second element And, the output of which is connected to the input of the phase discriminator. The output of the phase discriminator is connected in series with a pulse-to-analog converter, a summing amplifier and a power amplifier of a radial cutting drive of a dividing table. The inputs of the first and second elements AND through the element are NOT connected to the output of the device for generating a signal for controlling the circular displacement of the dividing table. The output of the first counter is connected to the input of the first circular feed unit of the dividing table, in which the output is connected to the input of the summing amplifier. The outputs of the first and second blocks of the gear ratio task are connected to the inputs of the first and second counters. A device for generating a control signal for the circular displacement of the dividing table is made in the form of an electronic time relay [1].

Недостатком известной системы управления является относительно низкая производительность обработки из-за сложности оптимизации условий резания при многопроходной обработке. Объясняется это тем, что для определения времени, устанавливаемого с помощью реле времени, необходимого для сообщения дополнительного сигнала на вход суммирующего усилителя, обеспечивающего угловое смещение делительного стола в сторону, противоположную его круговой подаче на этапах врезания для обеспечения одинаковых условий резания обеими боковыми режущими кромками зубьев долбяка, необходим предварительный расчет или эксперимент для каждого режима обработки и геометрических параметров нарезаемого колеса. A disadvantage of the known control system is the relatively low processing productivity due to the complexity of optimizing the cutting conditions during multi-pass processing. This is explained by the fact that in order to determine the time set by means of a time relay, it is necessary to communicate an additional signal to the input of the summing amplifier, providing an angular displacement of the dividing table to the side opposite to its circular feed at the cutting stages to ensure the same cutting conditions with both side cutting edges of the teeth dolbyak, a preliminary calculation or experiment is required for each processing mode and geometric parameters of the cut wheel.

Цель изобретения - повышение производительности обработки. The purpose of the invention is to increase processing productivity.

На фиг.1 показана схема приводов станка; на фиг.2 - блок-схема системы управления. Figure 1 shows a diagram of the drives of the machine; figure 2 is a block diagram of a control system.

Электродвигатель 1, получающий энергию от блока 2 управления, входящего в устройство ЧПУ 3 через усилитель 4 мощности, кинематически связан посредством делительной пары 5 со штосселем 6 долбяка 7, являющимся задающей координатой функциональной связи штоссель 6 - делительный стол 8. На делительном столе 8, являющемся ведомой координатой, устанавливается заготовка 9 нарезаемого колеса. The electric motor 1, which receives energy from the control unit 2, which enters the CNC 3 through the power amplifier 4, is kinematically connected via a dividing pair 5 to the ram 6 of the cutter 7, which sets the functional coordinate of the ram 6 - dividing table 8. On the dividing table 8, which driven coordinate, set the workpiece 9 cut wheels.

Функциональная связь штоссель 6 - делительный стол 8, воспроизводящая зубчатое зацепление, включает установленный на штосселе 6 первый импульсный измерительный преобразователь 10, выход которого связан с соединенными последовательно первым усилителем 11 импульсного сигнала, первым счетчиком 12 и первым элементом И 13, связанным своим выходом с входом фазового дискриминатора 14, и установленный на делительном столе 8 второй импульсный измерительный преобразователь 15, выход которого связан с соединенными последовательно вторым усилителем 16 импульсного сигнала, вторым счетчиком 17 и вторым элементом И 18, связанным своим выходом с входом фазового дискриминатора 14. Functional connection ram 6 - dividing table 8, reproducing gear engagement, includes a first pulse measuring transducer 10 mounted on ram 6, the output of which is connected in series with the first pulse amplifier 11, the first counter 12 and the first element And 13 connected by its output to the input phase discriminator 14, and mounted on a dividing table 8, the second pulse measuring transducer 15, the output of which is connected in series with a second amplifier 16 and pulse signal, the second counter 17 and the second element And 18, connected by its output to the input of the phase discriminator 14.

С входами первого 12 и второго 17 счетчиков соединены выходы соответственно первого 19 и второго 20 блоков задания передаточных отношений. The inputs of the first 12 and second 17 counters are connected to the outputs of the first 19 and second 20 blocks of the gear ratios, respectively.

С выходом первого счетчика 12 соединены вход первого блока 21 круговой подачи делительного стола и через третий элемент И 22 вход второго блока 23 круговой подачи делительного стола. The output of the first counter 12 is connected to the input of the first block 21 of the circular feed of the dividing table and through the third element And 22 the input of the second block 23 of the circular feed of the dividing table.

С выходом фазового дискриминатора 14 соединен вход импульсно-аналогового преобразователя 24, у которого выход соединен с входом суммирующего усилителя 25. С другими входами этого усилителя соединены соответственно выходы первого 21 и второго 23 блоков задания круговой подачи делительного стола. The output of the phase discriminator 14 is connected to the input of a pulse-analog converter 24, in which the output is connected to the input of the summing amplifier 25. The outputs of the first 21 and second 23 of the circular feed unit of the dividing table are respectively connected to the other inputs of this amplifier.

Выход суммирующего усилителя 25 через усилитель 26 мощности соединен с электродвигателем 27, кинематически связанным через делительную пару 28 с делительным столом 8. The output of the summing amplifier 25 through the power amplifier 26 is connected to an electric motor 27 kinematically connected through a dividing pair 28 with a dividing table 8.

Входы первого 13 и второго 18 элементов И через элемент НЕ 29 соединены с выходом устройства 30 для формирования сигнала управления угловым смещением делительного стола 8 на этапах врезания. С выходом устройства 30 соединен также вход третьего элемента И 22. The inputs of the first 13 and second 18 elements AND through the element NOT 29 are connected to the output of the device 30 for generating a control signal for the angular displacement of the dividing table 8 at the insertion stages. The output of the device 30 is also connected to the input of the third element And 22.

Устройство 30 для формирования сигнала управления угловым смещением делительного стола 8 на этапах врезания содержит тензометрический мост 31, тензодатчики 32 которого закреплены на делительном столе. Конструктивно возможно различное выполнение тензометрического моста. Например, он может быть закреплен также на оправке для закрепления заготовок обрабатываемых колес или на оправке для закрепления долбяков. The device 30 for generating a control signal for the angular displacement of the dividing table 8 at the insertion stages contains a strain gauge bridge 31, the load cells 32 of which are mounted on the dividing table. Structurally, a different implementation of the strain gauge bridge is possible. For example, it can also be mounted on a mandrel for securing the workpieces of the machined wheels or on a mandrel for securing the cutters.

Выходы тензометрического моста 31 соединены с входами дифференциального усилителя 33, соединенного своим выходом с аналоговым входом аналогового ключа 34, выход которого соединен с входом цепи, включающей последовательно соединенные интегратор 35, ограничитель 36, блок 37 задержки. The outputs of the strain gauge bridge 31 are connected to the inputs of the differential amplifier 33, connected by its output to the analog input of the analog switch 34, the output of which is connected to the input of the circuit including a series-connected integrator 35, limiter 36, delay unit 37.

Привод поступательно-возвратного движения штосселя 6 осуществляется от электродвигателя 38 через кулисный механизм 39. Привод подачи радиального врезания продольного стола 40, на котором установлен делительный стол 8, осуществляется от электродвигателя 41, управляемого от устройства ЧПУ 3 через блок 42 управления и усилитель 43 мощности. The drive of the reciprocating movement of the ram 6 is carried out from the electric motor 38 through the rocker mechanism 39. The radial cutting feed of the longitudinal table 40, on which the dividing table 8 is mounted, is driven from the electric motor 41 controlled from the CNC device 3 through the control unit 42 and the power amplifier 43.

В качестве электродвигателей 1, 27, 41 используются высокомоментные машины постоянного тока, позволяющие осуществлять бесступенчатое регулирование круговой частоты. As electric motors 1, 27, 41, high-torque DC machines are used, which allow for stepless regulation of the circular frequency.

Передаточное отношение функциональной связи штоссель 6 - делительный стол 8 устанавливается блоками 19, 20 в виде коэффициента, определяющего соотношение круговых частот штосселя и делительного стола. При этом круговая подача делительного стола 8 устанавливается посредством первого блока 21 круговой подачи, а его подача для углового смещения на этапах врезания посредством второго блока 23 круговой подачи. The functional gear ratio of ram 6 - dividing table 8 is set by blocks 19, 20 in the form of a coefficient defining the ratio of the circular frequencies of the ram and dividing table. In this case, the circular feed of the dividing table 8 is set by means of the first block 21 of the circular feed, and its feed for the angular displacement at the stages of cutting through the second block 23 of the circular feed.

Подача врезания и количество этапов врезания устанавливаются программно посредством задания программы на устройстве ЧПУ. The infeed rate and the number of infeed steps are set programmatically by setting the program on the CNC device.

Схема работает следующим образом. The scheme works as follows.

При включении электродвигателя 38 получает поступательно-возвратное движение П₁ штоссель 6 долбяка. Затем после ускоренного перемещения продольного стола 40 в исходную для обработки точку по программе электродвигатель 41 переключается на рабочую подачу врезания (движение П₂) на часть высоты зуба, соответствующую величине врезания на первом черновом проходе, и одновременно включается электродвигатель 1 задающей координаты, сообщающий движение В₃ штосселю 6 с рабочей круговой подачей.When you turn on the motor 38 receives a reciprocating motion P ₁ ram 6 dolbyaka. Then, after the accelerated movement of the longitudinal table 40 to the starting point for processing according to the program, the electric motor 41 switches to the working infeed (movement P ₂ ) to the part of the tooth height corresponding to the infeed in the first draft passage, and at the same time, the coordinate setting electric motor 1 that reports the motion B _{3 to the} ram 6 with a working circular feed.

На первом черновом этапе врезания на потенциальный вход аналогового ключа 34 управляющий сигнал Вр (врезание) не подается. Поэтому на этом этапе на выходе устройства 30 для формирования сигнала управления угловым смещением делительного стола сигнала нет. Следовательно, на выходе элемента НЕ 29 действует сигнал, который открывает первый 13 и второй 18 элементы И. At the first draft insertion stage, the control signal BP (insertion) is not supplied to the potential input of the analog key 34. Therefore, at this stage, there is no signal at the output of the device 30 for generating a control signal for the angular displacement of the dividing table. Therefore, at the output of the element NOT 29, a signal acts, which opens the first 13 and second 18 elements I.

Первый импульсный измерительный преобразователь 10 вырабатывает высокочастотный сигнал, пропорциональный круговой частоте штосселя 6. Этот сигнал через усилитель 11 поступает в первый счетчик 12, где происходит его деление в соответствии с коэффициентом деления, заданным на блоке 19 задания передаточного отношения. The first pulse measuring transducer 10 generates a high-frequency signal proportional to the circular frequency of the ram 6. This signal through the amplifier 11 enters the first counter 12, where it is divided according to the division coefficient specified on the gear ratio setting unit 19.

Сигнал с выхода первого счетчика 12 запускает первый блок 21 круговой подачи делительного стола. Этот блок вырабатывает аналоговый сигнал, который после прохождения суммирующего усилителя 25 и усилителя 26 мощности приводит во вращение электродвигатель 27 ведомой координаты - делительного стола 8 (движение В₄).The signal from the output of the first counter 12 starts the first block 21 of the circular feed of the dividing table. This unit generates an analog signal, which, after passing the summing amplifier 25 and power amplifier 26, drives the driven motor 27 of the coordinate coordinate - dividing table 8 (movement B ₄ ).

Сигнал с выхода первого счетчика 12 через первый элемент И 13 поступает на вход фазового дискриминатора 14. Второй импульсный измерительный преобразователь 15 одновременно с началом движения В₄ вырабатывает высокочастотный сигнал, пропорциональный круговой частоте делительного стола 8. Этот сигнал через усилитель 16 поступает на вход второго счетчика 17, где происходит его деление в соответствии с коэффициентом деления, заданным на блоке 20 передаточного отношения. С выхода второго счетчика 17 сигнал поступает на вход фазового дискриминатора 14.The signal from the output of the first counter 12 through the first element And 13 is fed to the input of the phase discriminator 14. The second pulse measuring transducer 15 simultaneously with the start of movement B ₄ generates a high-frequency signal proportional to the circular frequency of the dividing table 8. This signal through the amplifier 16 is fed to the input of the second counter 17, where it is divided in accordance with the division coefficient specified on block 20 of the gear ratio. From the output of the second counter 17, the signal is fed to the input of the phase discriminator 14.

В итоге сравнения в фазовом дискриминаторе 14 сигналов задающей и ведомой координат на его выходе образуется корректирующий сигнал, который после преобразования в аналоговую форму в импульсно-аналоговом преобразователе 24 поступает в суммирующий усилитель 25, где происходит коррекция сигнала управления электродвигателем 27 привода делительного стола, поступающего от первого блока 21 круговой подачи. As a result of the comparison in the phase discriminator 14 of the signals of the master and driven coordinates, a correction signal is generated at its output, which, after converting to analog form in a pulse-analog converter 24, enters the summing amplifier 25, where the control signal of the dividing table drive motor 27 is corrected the first block 21 circular feed.

После врезания на заданную часть высоты зуба движение врезания П₂ прекращается и в течение полного оборота делительного стола 8 осуществляется первый черновой проход обработки заготовки зубчатого колеса движениями П₁ и В₃В₄. При этом движение В₄ делительного стола отслеживает девиацию движения В₃ штосселя 6, чем обеспечивается точность профилирования заготовки.After cutting into a predetermined part of the height of the tooth, the cutting movement P ₂ stops and during the complete revolution of the dividing table 8, the first rough pass of processing the workpiece of the gear wheel with movements P ₁ and B ₃ B _{4 is} performed. In this case, movement B _{4 of the} dividing table monitors the deviation of movement B _{3 of} ram 6, thereby ensuring the accuracy of the profiling of the workpiece.

После завершения прохода при продолжающемся движении обката В₃В₄ включается движение врезания П₂ для врезания долбяка на вторую часть припуска. Одновременно на потенциальный вход ключа 34 подается потенциал Вр (врезание), включающий устройство 30 для формирования сигнала управления угловым смещением делительного стола.After completion of the passage with the continuing movement of the run-in B ₃ B ₄ the plunging movement P _{2 is} turned on to cut the cutter into the second part of the allowance. At the same time, potential BP (insertion) is supplied to the potential input of the key 34, including a device 30 for generating a control signal for the angular displacement of the dividing table.

Тензометрический мост 31 при рабочем ходе долбяка 6 в движении П₁ регистрирует момент силы резания. Этот момент, как физическое явление в зоне резания, представляет собой алгебраическую сумму моментов резания входной и выходной режущими кромками зубьев долбяка. При этом момент на входной кромке всегда имеет большое значение, т.е. знак момента силы резания постоянен. Электрический сигнал-аналог момента после усиления в дифференциальном усилителе 33 интегрируется в интеграторе 35, ограничивается по величине в ограничителе 36 и при необходимости задерживается в блоке 37 задержки. Таким образом на выходе устройства 30 образуется непрерывный определенного потенциала сигнал, действующий на этапе врезания. Этот сигнал через элемент НЕ закрывает первый 13 и второй 18 элементы И и открывает третий элемент И 22. В итоге отключается фазовый дискриминатор 14 и прекращается формирование сигнала коррекции функциональной связи штоссель 6 - делительный стол 8.Strain bridge 31 during the working stroke of the cutter 6 in motion P ₁ registers the moment of cutting force. This moment, as a physical phenomenon in the cutting zone, is the algebraic sum of the moments of cutting the input and output cutting edges of the teeth of the dolbyak. Moreover, the moment at the input edge is always of great importance, i.e. the sign of the moment of cutting force is constant. The electrical signal analogue of the moment after amplification in the differential amplifier 33 is integrated in the integrator 35, limited in magnitude in the limiter 36 and, if necessary, is delayed in the delay unit 37. Thus, at the output of the device 30, a continuous signal of a certain potential is generated which acts at the insertion stage. This signal through the element DOES NOT close the first 13 and second 18 elements AND and opens the third element AND 22. As a result, the phase discriminator 14 is turned off and the formation of the functional communication correction signal stops ram 6 - dividing table 8.

Одновременно с первого счетчика 12 через открытый третий элемент И 22 поступает сигнал на вход второго блока 23 круговой подачи делительного стола. На выходе этого блока образуется аналоговый сигнал, который поступает на соответствующий вход суммирующего усилителя 25. В этом усилителе происходит сложение сигналов, поступающих от обоих блоков круговой подачи делительного стола. В итоге круговая подача В₄ делительного стола 8 увеличивается, что при продолжающемся движении обката равнозначно постепенному опережению ведомой координатой задающей координаты. Происходит постепенное перераспределение толщины срезаемого слоя в сторону ее увеличения на выходных режущих кромках. При выравнивании толщин момент резания становится равным нулю и формирование сигнала управления в устройстве 30 прекращается. Второй блок 23 круговой подачи делительного стола отключается, первый 13 и второй 18 элементы И открываются и схема функциональной связи штоссель 6 - делительный стол 8 перестраивается в исходное положение.At the same time, from the first counter 12 through the open third element And 22 a signal is supplied to the input of the second block 23 of the circular feed of the dividing table. An analog signal is generated at the output of this block, which is fed to the corresponding input of the summing amplifier 25. In this amplifier, the signals coming from both blocks of the circular feed of the dividing table are added. As a result, the circular feed In _{4 of the} dividing table 8 increases, which with continued rolling movement is tantamount to a gradual advance of the coordinate to be set by the coordinate coordinate. There is a gradual redistribution of the thickness of the cut layer in the direction of its increase at the output cutting edges. When aligning the thicknesses, the cutting moment becomes equal to zero and the formation of the control signal in the device 30 stops. The second block 23 of the circular feed of the dividing table is turned off, the first 13 and second 18 elements And open and the functional connection diagram ram 6 - dividing table 8 is rebuilt in its original position.

Период действия управляющего сигнала на выходе устройства 30 можно посредством блока задержки сдвигать в область отрицательных значений момента резания. В этом случае больший по толщине слой будет срезаться на последующем проходе выходными режущими кромками, компенсируя срезание большего припуска входными режущими кромками на первом черновом проходе. The period of action of the control signal at the output of the device 30 can be shifted to the region of negative values of the cutting moment by means of a delay unit. In this case, the thicker layer will be cut in the subsequent pass by the output cutting edges, compensating for the cutting of the larger allowance by the input cutting edges in the first rough pass.

После прекращения врезания в течение полного оборота делительного стола осуществляется второй проход. После прекращения при продолжающемся движении обката повторяется цикл врезания для следующего прохода и т.д. При этом структура функциональной связи посредством сигнала управления круговым смещением делительного стола каждый раз перестраивается, обеспечивая резание на проходе при одинаковых толщинах срезаемого припуска на обеих боковых режущих кромках зубьев долбяка. After the termination of the insertion during the full revolution of the dividing table, a second pass is carried out. After termination with continued rolling movement, the infeed cycle is repeated for the next pass, etc. At the same time, the structure of the functional connection by means of the control signal of the circular displacement of the dividing table is rebuilt each time, providing cutting in the passage with the same thickness of the cut allowance on both side cutting edges of the teeth of the cutter.

Claims

CNC DRILLING MACHINE CONTROL SYSTEM containing a dividing table with a radial insertion drive and a ram cutter with translational-reciprocating and circular feed drives, including a first pulse measuring transducer mounted on a ram, the output of which is connected to the first pulse signal amplifier connected in series with the first counter and the first element And, the output of which is connected to the input of the phase discriminator, the second pulse measuring a converter, the output of which is connected in series with a second pulse signal amplifier, a counter and an element And, the output of which is connected with an input of a phase discriminator, a pulse-analog converter connected in series with the output of a phase discriminator, a summing amplifier and a power amplifier for driving a radial insertion of a dividing table, a device for of generating a control signal for the circular displacement of the dividing table, the output of which through the element is NOT connected to the inputs of the first and second elements And, the first block of circular feed of the dividing table, the input of which is connected with the output of the first counter, and the output is with the input of the summing amplifier, the first and second blocks of the gear ratio, the outputs of which are connected respectively with the inputs of the first and second counters, characterized in that, in order to increase the processing productivity, the third element And connected in series with the second element and the second circular feed unit of the dividing table are additionally introduced into it, while the inputs of the third element And are connected with the outputs of the first a counter and a device for generating a control signal for the circular displacement of the dividing table, the output of the second block of circular feed for the dividing table is connected to the input of the summing amplifier, and a device for generating a control signal for the circular displacement of the dividing table is made in the form of a tensometric bridge, differential amplifier, analog key, integrator connected in series , a limiter and a delay unit, the output of which is the output of the device for generating a control signal.