SU1241194A1 - Привод ориентации шпиндел металлорежущего станка - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике , в частности к след щим системам металлорежущих станков. Цель изобретени  - повышение точности и надежности. При включении питающего напр жени  с выхода генератора поступают импульсы, на выходах счетчика- делител  код увеличиваетс  до N - I. На выходах усилител  обра- . зуютс  синусоидальные сигналы, поступающие на статорные обмотки датчика положени , на выходе его роторной обмотки по вл етс  сигнал. На выходе фильтра-формировател  по вл етс  им-. пул ьс, поступающий на вход фазового дискри№1натора; на другой его вход -поступает импульс с формировател . Сигнал на выходе фазового дискриминатора пропорционален временному интервалу между импульсами на его входе. В режиме регулировани  скорости ключ К (71-1 . замкнут. Замыка  ключи К, Kg, или Кц,. регул тором скорости PC измен ют Uy от О до максимума и регулируют скорость двигател . При подаче команды Ориентаци , шпиндел  ключом Кгп- обеспечивают на выходе блока задани  сигн.ал 1. .Сигнал U,. .исчезает, двигатель тормозитс  и при УО /Uoc / на выходе компаратора, по витс  Напр жение Uy  вл етс  сигналом обратной св зи по углу вала двигател , двигатель вращаетс  в таком направлении, чтобы уменьшить этот сигнал, сигнал Uy стремитс  к О, а амплитуда занимает, положение, соответствующее его исходному. Измен   код Ny, регулируют исходную точку положени  шпиндел . Выбором Net величины Uo и коэффициента передачи фазового дискриминатора добиваютс  высокой точности ориентации шпиндел . 1 з,п, ф-лы, 4 ил. о. (Л с to 4 CD 4

Description

10

15

20

25

11241

Изобретение относитс  к автоматике , в частности к след щим системам ; металлорежущих станков , и может,най ти применение в различных системах регулировани  с цифровым управлением.

Целью изобретени   вл етс  повы- шение точности и надежности. .

. На фиг. 1 показана схема привода; на фиг. 2 - схема блока управлени  и схема фазового дискриминатора; на фиг. З.а - схема задатчика (на фиг.36, в и г - варианты выполнени  усилител ) J на фиг. 4 - диаграмма работы привода.

На фиг. 1 обозначено: с и Ь - вы- ходы усилител ; Uy - выходное напр -. жение фазового дискриминатора; U - напр жение, задающее скорость вращени  шпиндел ; Ucc напр жение йа вы- ходе тахогенератора; UG - опорное напр жение на входе компаратора; Net °Д счетчика-делител ; Nj код задание скорости .шпиндел .

Н.а фиг, 3 обозначено: fn-/i , fn -; частота на выходе соответствующего разр да счетчика-делит,ел , Uo , Ub , Uj, - напр жени  на выходах усилител , N,15- код на выходе задатчика.

Привод содержит генератор 1, счетчик-делитель 2, усилитель 3, датчик положени  ш пиндел  4, фильтр-формирователь 5, фазовый дискримина тор 6, усилитель мощности 7, двигатель 8, тахогенератор 9, компаратор 10, сумматор 11, блок управлени  12, задат- чик 13, формирователь 14, выходы 15, 16 и 17 задатчика 13, выход 18 блока управлени  12, входы 19 и 20 фаз ово- .го дискриминатора -6, входы 21 и 22 блока управлени  12, входы 23 и 24 формировател  14,

Фазовый дискриминатор 6 содержит элементы ИЛИ-НЕ 25, D-триггеры 26 фильтр 27,

Блок управлени  содержит D-тригге- ры 28, ключ 29. Усилитель 3 на фиг. 36 содержит фильтры 30, 31, усилители 32, Усилитель. 3 на фиг, Зв содержит дешифраторы кодов 33, цифро- аналоговые преобразоват.ели 34, усилители мощности 35. Усилитель 3 на фиг. 3 г содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 36, усилители мощности 37. Блок управлени  12 содержит резисторы 38, 38 , 38

30

35

40

45

50

2

38ц, ключи 39,

3.9,j, .,., 39(т переключатели 40, 41, регул тор скорости 42.,

Фазо.вый дискриминатор 6 содержит ; два D-триггера 26, элемента ИЛИ55

5

0

5

1

194 2

НЕ 25.и фильтр. 27, выходное напр жение которого Uy К-л Т с -учетом знака , .где а Т временной интервал между импульсами 19 и 20 выходов фильтра- . формировател  5 и формировател  14. При наличии сигнала единичного уровн , на выходе 18 ключа 29 на выходах элементов ИЛИ-НЕ 25 сигналы нулевого уровн  и триггеры не переключаютс , на их пр мых выходах сигналы нулевого уровн , дТ О и Uy 0, Триггеры переключаютс  при наличии сигнала нулевого уровн  на выходе 18 ключа 29, причем переключаетс  только один триггер, на С-вхоД которого .поступает импульс первым,

В- качестве формировател  14 может быть использована люба  известна  -схема, например диффереьщирующа.  RC- цепь, включенна  на выходе сумматора 11 и обеспечивающа  формирование импульса единичного уровн  с длительностью С- 1/fr при изменении сигнаО

0

5

0

5

0

ла на выходе сумматора 11 с

1 л II

I , .

на

5

Б качестве датчика положени  используетс  вращающийс  трансформатор (ВТ, ВТМ, СКВТ и др.) с числом пар полюсов 2р 1. Принципиально может быть использован сельсин, при этом .нужно только изменить усилитель 3, который в этом случае должел обеспечивать на выходе сигналы UmsintOt, сдвинутые друг относительно друга на 2Т/3 эл, град.

Блок управлени  12 содержит D-триг- гер 28 и ключ.. 29, на выходе .18 которого по вл етс  разрешающий сигнал нулевого уровн  только при наличии на выходе 16 задатчика 13 и выходе компаратора 10 сигналов единичного уровн  о Уровень сигнала на выходе 16 задатчика 13 определ етс  положением ключа 39гц-4. Когда ключ замкнут, на выходе 16 - О, ключ 39 разомкнут , на выходе 16 - 1,

Уровень сигнала на выходе компаратора 10 зависит от модул  величины напр жени  Uoc , При Uo /Uoc,/ на выходе компаратора - 1,

Задатчик 13 содержит: ключи 39., , 392, 39tn-i с помощью которых задаетс  код в двоичном коде: ключи замкнуты, О, ключи р азомк- нуты, N,5 , ключ 39 , с помощью которого задаетс  режим работы привода: ключ замкнут (на выходе 16 - О), привод работает в режиме регулировани  скорости, ключ

3

разомкнут (на выходе 16 - 1), привод переводитс  в след п(ий режим; ключ 39т, обеспечивающий отключение регул тора скорости 42 от источников задающего напр жени  tUjj переключате лей 40 и 41, с помощью которых задаетс  направление вращени  двигател  8 .

Функции з-адатчика 13 может выполн ть люба  система числового програм много управлени . В этом случае на выходе -15 устанавливаетс  код , определ ющий положение щпиндел  относительно его нулевого положени , выбранного предварительно при уста- ковке датчика 4 на двигатель 8 или механизм (шпиндель), например, с помощью буферного регистра, на выходе 16 устанавливаетс  1 или О в зависимости от требуемрго режима.ра- боты привода и аналоговый сигнал на выходе 17 задатчика 13 в пределах от О до tU MciH-, определ ющий скорость вращени  шпиндел .

Несколько вариантов практической реализации усилител  3 приведены на фиг. 3. В соответствии с фиг. 36 усилитель содержит первьй фильтр 30, вьщел ющий первую гармонику из сигнала fц, второй фильтр 31 (или фа- зосдвигающее устройство), обеспечивающий сдвиг выходного сигнала на угол Т/2 относительно выходного сигнала фильтра 30, и-усилители мощности (тока или напр жени , определ ют- с  типом датчика) 32, на выходах ко- торых получают два синусоидальных сигнала с частотой

Цц UvnsinOt Un,sin(23ifa)t, U U xCosiOt Ujy,cos(2irfrt)t

CO сдвигом 90 ЭЛ. град.

Усилитель по фиг. Зв содержит два дешифратора 33, два цифро;дналоговых преобразовател  .34, усилитель мощнос .ти 35. Дешифраторы 33 выполнены в виде двух матриц посто ной пам ти, в одну из которой записьшаетс  код синусоиды в пределах 25Гразр дностью Net 2, а в другую - код косинусоиды в тех же пределах и той fe разр дности . При линейном увеличении кода NC от О до 2 на выходах дешифраторов 33 получают гармонические сигналы частотой .f k| ступенчатой формы, а на выходах блоков 34 аналоговые сигналы синусоидальной формы, гармонический состав которых определ етс 

1944

разр дностью дещифраторов 33 и ЦАП 34 соответственно.

Наиболее проста  реализаци  усилител  3 получаетс  при питании датчика положени  шпиндел  4 сигналами пр моугольной формы. В этом случае на один из усилителей 37 подают сигнал пр моугольной формы частотой-fn, а на вход второго усилител  35 подают сигнал зб с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 36, на входы которого поступают частотные сигналы f,, и ц-1 с ri и п - 1 выходов счетчика-делител  2 вида, представленного нафиг.Зд.,

В зависимости от выполнени  усилител  3 с выхода счетчика-релител  , 2 используетс  либо частотный сигнал fn г/«сгисл«с выход старшего разр да счетчика; схема по фиг. 36), либо

f 2fr частотные сигналы t и Тц-л м 7йй«кс

(выходы п и п - 1 счетчика, схема по фиг. 3 г), или используютс  все выходы счетчика (схема по фиг. Зв).

Сигнал с ге нератора 1 представл ет собой импульсы,, например, положительной пол рности (определ етс  при- мен емьй элементной базой) симметричной формы с посто нным периодом Тг 1/fг. Сигналы с выходов счетчика-делител  2 представл ют частотные сигналы f , f2, .i,, fц, частота ко- . торых равна соответственно: f/

(1/2) fr, fz (1/22) f .... fn . (фиг. Зд). Код на выходе этого счётчика в момент времени ti, определ етс  состо нием выходов (1 или О) и численно равен Nt

tl fr. где 0 Рассмотрим работу привода.

При включении питающего напр жени  с выхода генератора 1 на вход счетчика-делител  2 начинают поступать импульсы частотой , на его выходах код увеличиваетс  до;NCI N - 1, где N - информационна  емкость счетчика-делител  2. На выходах а и b усилител  3 образуютс  синусоидальные сигналы, которые поступают на синусную и косинусную статорные обмотки .датчика положени  шпиндел  4, на выходе роторной обмотки которого по вл етс  сигнал

U(t) К. (2Tfих) t +f

1

где К - коэффициент трансформации ,

датчика 4,

- угол поворота ротора относительно статора

На выходе фильтра-формировател  5 по вл етс  один раз за период напр жени  U( импульс положительной пол рности , поступающий на вход 19 фазового дискриминатора 6. На другой его вход 20 с той же частотой .поступает такж импульс положительной пол рности с выхода формировател  14. Сигнал Uy на выходе фазового дискриминатора 6 пропорционален временному интервалу между шотульсами по входа 19 и 20 с учетом знака (кто первый). При включении привода на выходе 16 задатчика 13 по вл етс  О, на выходе D-триггера 28 устанавливаетс  также О, на выходе 18 ключа 29 - 1, на выходах элементов ИЛИ-НЕ 25 - ОУ р-триггеры 26 не переключаютс  и на их пр мых выходах О, а Ui/ 0. .

В режиме регулировани  скорости ключ 39tn-i замкнут. З амыка  ключ 39т, переключатели 40 или 41, регул тором скорости 42 измен ют U. от О до максимального значени  и регулируют скорость двигател  8. При Uo /Uoc / на входе 22 компаратора 10 обеспечиваетс  сигнал нулевого уровн .

В зависимости от режима работы привода на двигателе 8 получают выходное напр жение усилител  мощности равноеи« KyC+Uj + Uec) или Uj Kr(±U., rUoc).

При подаче команды Ориентаци  шпиндел  ключом обеспечивают на выходе 16 задатчика 13 сигнал единичного уровн , размыка  одновременно ключи 39т- , 3. Сигнал задани  и исчезает, двигатель тормозитс  и при Uo/ /Upc./ на входе 22 компаратора 10 по вл етс  сигнал единичного уровн . Импульсом fa с выхода генератора 1 D-триггер 28 устанавливаетс  в состо ние 1, на его выходе, на выходе 18 ключа 29 по вл етс  сигнал нулевого уровн , обеспечива  тем самым возможность переключени  триггеров при поступлении импульсов по входам 19 и 20. Эти импульсы поступают на С- и R-входы D-триггеров 26.

Предположим, что импульс по входу 19 опережает импульс по входу 20.

o

5

0

5

0

5

5

0

5

Учитыва , что на инверсных выходах D-триггеров 26 установлены 1 (соответственно и на их D-входах),. по переднему фронту импульса по входу 19 верхний В-тр.иггер 26 переключаетс  и на его пр мом выходе устанавливаетс  сигнал, единичного уровн , на выходе фильтра 27 по вл етс  сигнал положительной пол рности.

Одновременно импульс по входу 19 через нижний элемент ИЛИ-НЕ 25 поступает на R-вход D-триггера 26, подтвержда  на его инверсном выходе сигнал единичного уровн . При приходе импульса по входу 20 и поступлении его на С-вход нижнего D-триггера 26 последний не переключитс , так как на его D-входе (инверсный выход верх-, него D-триггера 26) - О. Этим сигналом через верхний элемент ИЛИ- НЕ 25 верхний D-триггер 26 выключаетс , на его пр мом выходе устанав- ливаетс  О. Учитьша , что напр жение Uy  вл етс  сигналом обратной св зи по углу вала двигател  8, измер емого датчиком положени  шпиндел  4, двигатель вращаетс  в таком направлении, чтобы уменьшить этот сигнал. Далее работа вьш1еописаннь1х элементов повтор етс  и сигнал стремитс  к нулю,, а шпиндель занимает п.оложечие, соответствующее, его исходному.

Измен   код N, (устанавлива  ключи 39х,, 39, ..., 3%-г. в замкнутое или разомкнутое состо ние), регулируют исходную точку положени  шпиндел . В этом случае код счётчика . NC, складьюаетс  с кодом N и на входе 23 сумматора 11 (выход переноса ) фаза импульса сдвигаетс  в лре- делах 25Г, обеспечива  в этих преде-, Л51Х смещение исходной точки шпиндел .

Выбором Net, величины Uo и коэффициента переда:чи фазового.дискриминатора 6 добиваютс  высокой точности ориентации шпиндел , котора  практически ограничиваетс  собственной приборной погрешностью датчика положени  шпиндел  4(,

Допустим, что привод (фиг.. 4) работал с заданной скоростью iO/aa определ емой величиной напр жени  задани , и Кос . где Кос коэффициент передачи тахогенератора. В момент времени t поступает команда на ориентацию (сигнал единичного уровн  на выходе 16), при этом Щ 0,

двигатель тормозитс  и при / Uoc/ о по вл етс  сигнал нулевого уровн  на выходе 18, на вход привода поступает сигнал Uy и привод в следующем режиме; со скоростью . Uo/Koc-, с учетом, что Ug КуС+Лу Uoc.) приходит в заданное положение, определ емое кодом Nj, .

Устройство  вл етс  простым в тех нической реализации, высоконадежно, обладает высокой помехозащищенностью так как. фазовый сдвиг сигналов 19 и 20, опГредел ющий точку ориентации шпиндел , циклически повтор етс  с частотой питани  датчика положени  шпиндел  4 (изменение кода счетчик а- делител  2 в случае помехи одновременно приводит к изменению фазы сигнала датчика 4), а угол f в предела 2Т  вл етс  абсолютным значением (абсолютна  система измерени  по сравнению со след щей системой с фотоимпульсным датчиком положени , в которой измерение положени  шпиндел   вл етс  относительным, что не требует запоминани  положени  шпиндел  при выключении питани ).

Ф .о р м у л а и з о б р е т е и и  

1. Привод ориентации шпиндел  металлорежущего станка, содержащий усилитель , двигатель, последовательно соединенные датчик положени  шпиндел , фильтр-формирователь, фазовьй дискриминатор и усилитель мощности, а также генератор и счетчик-делитель ротор датчика положени  шпиндел  кинематически св зан о двигателем, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и надежности , привод содержит последовательQ 5 . о 5

0

5

д

но соединенные тахогенератор, компаратор и блок управлени , а также последовательно соединенные задатчик, сумматор и формирователь, выход которого подключен к второму входу фазового дискриминатора, третий вход которого соединен с выходом блока управлени , второй вход которого подключен к выходу генератора, третий вход блока управлени  соединен с вторым выходом задатчика, третий выход которого подключен к второму входу усилител  мощности, соединенного выходом с входом двигател , третий вход усилител  мощности подключен к выходу тахогенератора, выхо-. ды счетчика-делител  соединены с вторыми входами сумматора и входами усилител , выходы которого подключены к входам и косинусной статорных обмоток датчика положени  шпиндел , второй вход формирорател  соединен с выходом старшего разр да счетчика-делител , тахогенератор кинематически св зан с двигателемj вход задатчика  вл етс  входом кода задани  положени  шпиндел  и режима работы привода, второй вход компара-, тора  вл етс  входом опорного напр ,- жени . ..

Claims (2)

1. I .
2. 2. Привод по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, чтр блок управлени  родержит последовательно соединеиные й-тритгера и ключ, выход которого  вл етс  вькрдом блока управлени , D-вход В -триггера  вл етс  первым входом блока управлени , Г-вход - его вторым входом, а Я -вход D-триггера соединен с вторым входом ключа и  вл етс  третьим входом блока уп- равлени . . .

   Фиэ.

   ТТТУ: