RU2594049C1 - Устройство адаптивного управления станком - Google Patents
Устройство адаптивного управления станком Download PDFInfo
- Publication number
- RU2594049C1 RU2594049C1 RU2015103794/02A RU2015103794A RU2594049C1 RU 2594049 C1 RU2594049 C1 RU 2594049C1 RU 2015103794/02 A RU2015103794/02 A RU 2015103794/02A RU 2015103794 A RU2015103794 A RU 2015103794A RU 2594049 C1 RU2594049 C1 RU 2594049C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- machine
- input
- output
- electric motor
- comparator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области адаптивного управления металлорежущими станками. Устройство содержит датчики тока, напряжения и скорости вращения, установленные на электродвигателе главного движения станка, управляемый элемент памяти, последовательно соединенные мультиплексор, входы которого соединены с упомянутыми датчиками, аналого-цифровой преобразователь, арифметическое устройство и задатчик частоты вращения вала электродвигателя главного движения станка. Устройство также снабжено задатчиком подач рабочего стола станка, программируемым логическим контроллером, выполненным с возможностью подключения к преобразователям частоты электродвигателей главного движения станка и подач рабочего стола, и последовательно соединенными датчиком вибрации, предназначенным для установки на рабочем столе станка, детектором и компаратором. Использование изобретения позволяет повысить эффективность управления станком и оптимизировать его работу. 1 ил.
Description
Устройство адаптивного управления станком
Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию на металлорежущих станках и может быть использовано для построения системы управления станком с применением данных о величине активной мощности электродвигателем главного движения, потребляемой в процессе резания, временные рамки которого определяются с помощью сигнала вибрации.
Из уровня техники известно устройство для контроля нагрузки на инструмент, содержащее датчик тока, управляемый элемент памяти, блок вычитания, компаратор, блок управления, задатчик и датчик рабочей подачи инструмента (Авторское свидетельство СССР №2023568, МПК B23Q 15/0, 1994 г.).
Известное устройство измеряет величину потребляемого тока электродвигателем привода инструмента и при превышении разности текущего значения тока и предельного его значения, соответствующего определенному моменту резания заданной величины, определяет момент возникновения недопустимой нагрузки, причем момент возникновения недопустимой нагрузки определяет момент начала резания.
К недостаткам данного устройства следует отнести то, что при его использовании совместно с преобразователями частоты, которые в настоящее время являются самыми распространенными силовыми преобразователями для управления электродвигателями, значение тока изменяется нелинейно, в то время как активная мощность пропорциональна нагрузке на валу электродвигателя. Поэтому данное устройство может быть использовано только для ограниченного диапазона нагрузки.
Наиболее близким решением из уровня техники по технической сущности, назначению и достигаемому результату является устройство адаптивного управления станком, оснащенным электродвигателем и рабочим столом, содержащее предназначенные для установки на статоре электродвигателя датчики тока и напряжения, предназначенный для установки на валу электродвигателя датчик скорости вращения электродвигателя, мультиплексор, входы которого соединены с выходами датчика тока, датчика напряжения и датчика скорости вращения электродвигателя, а выход - со входом выполненного в виде микроконтроллера аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенного с арифметическим устройством со входами и выходами, один из выходов которого соединен со входом задатчика частоты вращения вала электродвигателя, а второй выход - со входом выполненного в виде запоминающего устройства управляемого элемента памяти (Патент РФ №2481183 ИЗ, МПК B23Q 15/00, 2011 г.).
Известное устройство измеряет величину напряжения и потребляемого тока электродвигателем главного движения, вычисляет активную мощность потребляемого тока электродвигателем привода инструмента и при превышении разности, заданного и вычисленного значений активной мощности, формирует сигнал, пропорциональный скорости вращения вала электродвигателя главного движения.
К недостаткам данного устройства следует отнести, что при обработке сложнопрофильных деталей, а также при получистовых и чистовых операциях сигнал активной мощности может быть прерывистым и/или малозаметным на фоне сигнала активной мощности при холостом ходе. Поэтому данное устройство может быть использовано только для обработки деталей простой формы и/или при черновой обработке.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является оптимизация работы электродвигателя главного движения металлорежущего станка и системы адаптивного управления этим двигателем посредством регистрации и контроля активной мощности, пропорциональной нагрузке на валу электродвигателя, совместно с регистрацией вибрации станка и автоматического управления скоростью вращения электродвигателя и подачей режущего инструмента.
Технический результат - повышение эффективности путем оптимизации работы электродвигателя главного движения металлорежущего станка.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что устройство адаптивного управления станком, оснащенным электродвигателем и рабочим столом, содержащее предназначенные для установки на статоре электродвигателя датчики тока и напряжения, предназначенный для установки на валу электродвигателя датчик скорости вращения электродвигателя, мультиплексор, входы которого соединены с выходами датчика тока, датчика напряжения и датчика скорости вращения электродвигателя, а выход - со входом аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенного с выполненным в виде микроконтроллера арифметическим устройством со входами и выходами, один из выходов которого соединен со входом задатчика частоты вращения вала электродвигателя, а второй выход - со входом выполненного в виде запоминающего устройства управляемого элемента памяти, дополнительно содержит предназначенный для установки на рабочем столе станка датчик вибрации с выходом, детектор со входом и выходом, компаратор с выходом и двумя входами и задатчик подачи со входом, причем вход детектора соединен с выходом датчика вибрации, один из входов компаратора соединен с выходом детектора, а другой - с выходом управляемого элемента памяти, выход компаратора соединен со вторым входом арифметического устройства, а вход задатчика подачи соединен с третьим выходом арифметического устройства.
Устройство адаптивного управления станком поясняется графическим материалом, где на чертеже изображена блок-схема устройства адаптивного управления станком по сигналам активной мощности электропривода главного движения и вибрации станка.
Устройство адаптивного управления станком (по сигналам активной мощности электропривода главного движения и вибрации станка) содержит датчик 1 вибрации, коммутационно связанные датчик 2 тока, датчик 3 напряжения, датчик 4 скорости вращения, детектор 5, мультиплексор 6, аналого-цифровой преобразователь 7, управляемый элемент памяти 8, компаратор 9, арифметическое устройство 10, задатчик 11 частоты вращения электродвигателя, задатчик 12 подачи инструмента.
Выход 13 преобразователя частоты 14, подключенного к фазе статора электродвигателя 15 главного движения, соединен с входом 16 датчика 2 тока и параллельно с входом 17 датчика 3 напряжения, выход 18 датчика 2 тока соединен с входом 19 мультиплексора 6, выход 20 датчика 3 напряжения со входом 21 мультиплексора 6, вход 22 датчика 4 скорости вращения с валом 23 электродвигателя 15, выход 24 датчика 4 скорости вращения с входом 25 мультиплексора 6, выход 26 мультиплексора 6 со входом 27 аналого-цифрового преобразователя 7, выход 28 аналого-цифрового преобразователя 7 с входом 29 арифметического устройства 10, выход 30 датчика 1 вибрации с входом 31 детектора 5, выход 32 детектора 5 с входом 33 компаратора 9, выход 34 арифметического устройства 10 соединен с входом 35 управляемого элемента памяти 8, выход 36 управляемого элемента памяти 8 соединен с входом 37 компаратора 9, выход 38 арифметического устройства 10 с входом 39 задатчика 11, выход 40 арифметического устройства 10 с входом 41 задатчика 12, выход 42 задатчика 11 соединен с входом 43 программируемого логического контроллера 44, выход 45 задатчика 12 с входом 46 программируемого логического контроллера 44, выход 47 программируемого логического контроллера 44 соединен с входом 48 преобразователя частоты 14.
Устройство адаптивного управления станком по сигналам активной мощности электропривода главного движения и вибрации станка работает следующим образом.
В процессе работы электродвигателя 15 выходные сигналы датчика 2 тока и датчика 3 напряжения, подключенных к одной фазе статора электродвигателя, поступают, соответственно на входы 19 и 21 мультиплексора 6, выходной сигнал датчика 4 скорости вращения поступает на вход 25 мультиплексора 6. Выходной сигнал мультиплексора 6 передается на вход аналого-цифрового преобразователя 7, в котором происходит преобразование сигнала из аналогового вида в цифровой код. Выходной сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 7 поступает на вход арифметического устройства 10, осуществляющего выборку, нормализацию, градуировку измерительного сигнала и вычисление активной мощности:
где Р - активная мощность [Вт] в i-й момент времени, UД - действующее значение напряжения [В], IД - действующее значение тока [А], Δφ - разность начальных фаз первых гармоник тока и напряжения.
Сигнал с датчика 1 вибрации поступает на детектор 5, на выходе 32 которого формируется среднеквадратическое значение (огибающая) сигнала вибрации, выходной сигнал с детектора 5 поступает на вход 33 компаратора 9, на выходе 49 которого формируется результат сравнения с установленным значением огибающей сигнала вибрации при холостом ходе и хранимой в управляемом элементе памяти 8, при этом результат сравнения подается на вход 50 арифметического устройства 10. Значение огибающей сигнала вибрации при холостом ходе записывается в управляемый элемент памяти 8 по команде от арифметического устройства 10, когда происходит подналадка станка на холостом ходу.
Превышение значение сигнала огибающей на входе 33 компаратора 9 значения сигнала огибающей на входе 37 компаратора 9, хранимой в управляемом элементе памяти, а также превышение вычисленным значением активной мощности установленного значения (уставки), Руст, [Вт], хранимой в самом арифметическом устройстве 10, приводит к установлению на выходах 38 и 40 арифметического устройства 10 сигналов, пропорциональных разностей:
Сигналы с выходов 38 и 40 арифметического устройства 10 подаются на входы задатчиков 11 скорости вращения электродвигателя и 12 подачи, соответственно, которые формируют сигналы, пропорциональные скорости вращения вала электродвигателя 15 и величине подачи электродвигателей 51, 52, 53 таким образом, чтобы ΔР→0. Коэффициенты пропорциональности сигнала, формируемых задатчиками 11 частоты вращения электродвигателя и 12 подачи подбираются непосредственно при установке и наладке устройства на станке.
Управление подачей осуществляется по скорости перемещения инструмента по трем координатам (для двигателей 51, 52, 53) с помощью интерполяции средствами системы управления станка (программируемым логическим контроллером 44). Сформированные сигналы с задатчиков скорости вращения 11 электродвигателя главного движения 15 и величины подачи 12 для электродвигателей 51, 52, 53 в программируемом логическом контроллере 44 преобразуются в цифровой код и в виде команд подаются на преобразователь частоты 14, который изменяет скорость вращения электродвигателей 15, 51, 52 и 53. Процесс регулирования скорости вращения и величины подачи осуществляется до тех пор, пока ΔР не будет равна нулю и на выходах задатчиков 11 и 12 не установятся нулевые значения сигналов подналадки. Таким образом, происходит оптимизация работы электродвигателя главного движения металлорежущего станка и системы адаптивного управления этим двигателем посредством регистрации и контроля активной мощности, пропорциональной нагрузке на валу электродвигателя, совместно с регистрацией вибрации станка и автоматического управления скоростью вращения электродвигателя, что за счет стабилизации активной мощности в широких пределах в конечном итоге повышает эффективность всего электропривода и процесса резания в целом.
В предлагаемом устройстве адаптивного управления станком по сигналам активной мощности электропривода главного движения и вибрации станка используются дополнительно датчик вибрации, что наряду с детектором и компаратором, повышает надежность и актуальность измерительной информации, а также качество адаптивного управления параметрами процесса резания (подачей и скоростью) по сигналу активной мощности. Использование в качестве управляющих сигналов скорости вращения вала электродвигателя главного движения и подачи режущего инструмента позволяет осуществить автоматизированную адаптацию режимов резания в зависимости от состояния режущего инструмента и качеств (жесткости) заготовки.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к автоматическому управлению и регулированию на металлорежущих станках и может быть использован для построения системы управления станком с применением данных о величине активной мощности электродвигателя главного движения, потребляемой в процессе резания, временные рамки которого определяются с помощью сигнала вибрации;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Claims (1)
- Устройство для адаптивного управления станком, оснащенным электродвигателем главного движения и рабочим столом с электродвигателями подач по осям X, Y, Z, содержащее датчики тока, напряжения и скорости вращения, предназначенные для установки на электродвигателе главного движения, управляемый элемент памяти, последовательно соединенные мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, арифметическое устройство, выполненное в виде микроконтроллера, и задатчик частоты вращения вала электродвигателя главного движения, при этом входы мультиплексора подключены к упомянутым датчикам тока, напряжения и скорости вращения, а второй выход арифметического устройства соединен со входом управляемого элемента памяти, отличающееся тем, что оно снабжено задатчиком подач рабочего стола, программируемым логическим контроллером, выполненным с возможностью подключения к преобразователям частоты упомянутых электродвигателей главного движения и подач, и последовательно соединенными датчиком вибрации, предназначенным для установки на рабочем столе станка, детектором и компаратором, при этом второй вход компаратора соединен с выходом управляемого элемента памяти, выход компаратора соединен со вторым входом арифметического устройства, третий выход которого подключен ко входу задатчика подач рабочего стола, а выходы упомянутых задатчиков частоты вращения и подач соединены со входами программируемого логического контроллера.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015103794/02A RU2594049C1 (ru) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Устройство адаптивного управления станком |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015103794/02A RU2594049C1 (ru) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Устройство адаптивного управления станком |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2594049C1 true RU2594049C1 (ru) | 2016-08-10 |
Family
ID=56613010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015103794/02A RU2594049C1 (ru) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | Устройство адаптивного управления станком |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2594049C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2801504C1 (ru) * | 2022-10-26 | 2023-08-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Система управления главным приводом токарного станка |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU933378A1 (ru) * | 1980-11-04 | 1982-06-07 | Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе | Оптимизатор режимов резани |
| SU1414566A1 (ru) * | 1987-01-14 | 1988-08-07 | Предприятие П/Я В-8772 | Устройство дл автоматической подналадки и контрол износа режущего инструмента |
| DE4405660A1 (de) * | 1994-02-22 | 1995-08-24 | Wagner Maschf Gustav | Verfahren und Anordnung zum Betreiben einer spanabhebenden Werkzeugmaschine, insbesondere Kreissäge-, Fräs-, Schleifmaschine oder dergleichen |
| RU2108900C1 (ru) * | 1992-12-28 | 1998-04-20 | Омат Лтд. | Контроллер для станков с чпу |
| JP2012206230A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Brother Industries Ltd | 加工びびり振動検出装置、及び工作機械 |
| RU2481183C2 (ru) * | 2011-07-28 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка |
-
2015
- 2015-02-05 RU RU2015103794/02A patent/RU2594049C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU933378A1 (ru) * | 1980-11-04 | 1982-06-07 | Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе | Оптимизатор режимов резани |
| SU1414566A1 (ru) * | 1987-01-14 | 1988-08-07 | Предприятие П/Я В-8772 | Устройство дл автоматической подналадки и контрол износа режущего инструмента |
| RU2108900C1 (ru) * | 1992-12-28 | 1998-04-20 | Омат Лтд. | Контроллер для станков с чпу |
| DE4405660A1 (de) * | 1994-02-22 | 1995-08-24 | Wagner Maschf Gustav | Verfahren und Anordnung zum Betreiben einer spanabhebenden Werkzeugmaschine, insbesondere Kreissäge-, Fräs-, Schleifmaschine oder dergleichen |
| JP2012206230A (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-25 | Brother Industries Ltd | 加工びびり振動検出装置、及び工作機械 |
| RU2481183C2 (ru) * | 2011-07-28 | 2013-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2801504C1 (ru) * | 2022-10-26 | 2023-08-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Система управления главным приводом токарного станка |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9513619B2 (en) | Numerical control device which performs tapping operation by using a main spindle and a feed shaft | |
| JP2004288164A (ja) | 同期制御装置 | |
| US20170212502A1 (en) | Device and method of controlling machine tool, to control synchronized operation of spindle axis and feed axis | |
| CN105563329A (zh) | 数控磨床磨削力自适应控制系统 | |
| CN104977895A (zh) | 伺服控制装置 | |
| JP6787950B2 (ja) | 数値制御装置 | |
| RU2008109406A (ru) | Способ и устройство управления точностью обработки деталей | |
| JP2005313280A (ja) | 数値制御装置 | |
| RU2594049C1 (ru) | Устройство адаптивного управления станком | |
| CN104440910A (zh) | 一种实现机器人双手臂同步控制的方法及系统 | |
| JP2011113475A (ja) | 数値制御装置及び当該装置を備えた工作機械 | |
| JP6697004B2 (ja) | 負荷に応じたゲインとｐコントローラとを用いた切削加工工程の制御 | |
| CN102638218B (zh) | 根据电源特性限制电动机的输出的电动机驱动控制装置 | |
| RU2481183C2 (ru) | Устройство автоматизированного контроля нагрузки на валу электродвигателя металлорежущего станка | |
| JP2003131712A (ja) | 多軸同期制御装置 | |
| JP5494378B2 (ja) | ねじ切り制御方法及びその装置 | |
| US20230176547A1 (en) | Numerical controller for controlling tapping on basis of processing program | |
| CN110303346B (zh) | 电动机控制装置 | |
| US10877456B2 (en) | Numerical control apparatus and machining method | |
| RU80254U1 (ru) | Система автоматического управления следящими электроприводами оборудования с чпу | |
| JP2014002461A (ja) | 数値制御装置 | |
| JP7100971B2 (ja) | 電流検出器を有するモータ駆動装置 | |
| CN102053604B (zh) | 一种管排锯机的自动控制系统及其控制方法 | |
| JP2021006952A (ja) | パラメータ調整方法 | |
| RU2385528C1 (ru) | Способ автоматического регулирования возбуждения машины переменного тока |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180206 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181205 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200206 |