SU1667008A1 - Устройство дл адаптивного управлени металлорежущим станком - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области станкостроени  и может быть использовано на станках с числовым программным управлением дл  поддержани  в процессе обработки мощности резани  или крут щего момента на инструменте в заданных пределах. Цель изобретени  - расширение области применени  устройства адаптивного управлени . Устройство дл  адаптивного управлени  металлорежущим станком содержит генератор импульсов, элемент И, первый компаратор, счетчик импульсов, формирователь импульсов, блок вычислени  коррекции скорости подачи, привод подачи, датчик силового параметра. Новым в устройстве  вл етс  наличие второго и третьего компараторов, неинвертирующего и инвертирующего усилителей, блока запаздывани  и сумматора, причем выход датчика силового параметра подключен к первому входу сумматора через инвертирующий усилитель, а ко второму входу сумматора - через интвертирующий усилитель и блок запаздывани , выход сумматора соединен с первыми входами первого и второго компараторов, на вторые входы которых поданы соотвветственно сигналы задани  нижнего и верхнего уровней стабилизации силового параметра. 2 ил.

Description

Os

о

VJ

Изобретение относитс  к станкостроению и может быть использовано дл  автоматического управлени  режимами металлообработки с целью поддержани  на заданном уровне критери  управлени , например мощности резани , в станках, укомплектованных устройствами числового программного управлени , в которых не предусмотрена программна  реализаци  адаптивного управлени .

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  устройства.

На фиг. 1 показана принципиальна  схема предлагаемого устройства: на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство дл  адаптивного управлени  металлорежущим станком содержит генератор 1 импульсов, выход которого св зан с первым входом логического элемента И 2, счетчик 3 импульсов, блок 4 вычислени  коррекции скорости подачи, третий компаратор 5, привод 6, станок 7, датчик 8 силового параметра, сумматор 9, неинвертирующий усилитель 10, инвертирующий усилитель 11 и блок 12 запаздывани .

00

Выход сумматора 9 подключен к первым входам первого 13 и второго 14 компараторов , а выход второго компаратора 14 св зан с входом формировател  15 импульсов,

Устройство работает следующим образом .

При подводе инструмента к детали мощность резани  N меньше нижнего уровн  NL определ емого сигналом UL на входе компаратора 13 и на выходе компаратора 13 устанавливаетс  логический сигнал высокого уровн , поступающий на вход элемента И 2. На выходе счетчика 3 импульсов значение цифрового кода меньше значени , определ емого сигналом Um задани  максимальной подачи, и на выходе цифрового компаратора 5 устанавливаетс  сигнал высокого уровн , поступающий на вход элемента И 2. При наличии на входах элемента И сигналов высокого уровн , импульсы генератора 1 импульсов проход т на выход элемента И 2 и поступают на вход суммировани  счетчика 3 импульсов. Цифровой код на выходе счетчика 3 импульсов увеличиваетс  до тех пор, пока его значение не станет равным значению кода Um, поданного на вход компаратора 5. При равенстве кодов, поданных на входы, компаратор 5 формирует на выходе логический сигнал низкого уровн . Вследствие этого на выходе элемента И 2 устанавливаетс  логический сигнал низкого уровн  и импульсы генератора 1 не поступают через элемент И 2 на вход счетчика 3. На выходе счетчика 3 устанавливаетс  код. значение которого определ ет максимальную величину скорости подачи. Цифровой код с выхода счетчика 3 поступает на вход ввода коррекции подачи блока 4 вычислени  коррекции скорости подачи. Состо ние корректора подачи контролируетс  программой оперативного управлени  на выходе блока 4 устанавливаетс  напр жение задани  Уз, при котором скорость электропривода подачи будет равна

V KkVi,

где Vi - величина скорости подачи, заданна  в программе устройства ЧПУ;

Kk- масштабный коэффициент, определ емый значением кода, поступающего на вход ввода коррекции скорости подачи УЧ- ПУ.

При максимальном значении кода на выходе счетчика 3 значение коэффициента Kk равно Ki - I и привод 6 осуществл ет подвод инструмента к детали со скоростью Vi.

При врезании инструмента в деталь на выходе датчика 8 возникает сигнал U0, пропорциональный величине силового параметра , например мощности резани 

-) КДМ + КдКТ .

ид-КдМ,

где Кд - коэффициент передачи датчика силового параметра.

На выходе сумматора 9 при этом форми- руетс  сигнал, равный

()-ктгде (К + 1) - коэффициент усилени  неинвертирующего усилител  10;

К - коэффициент усилени  инвертирующего усилител  11:

У . ,. - передаточна  функци  блока

запаздывани ; р - оператор Лапласса.

Сигнал обратной св зи представл ет сумму двух сигналов: пропорционального величине силового параметра N и пропорционального реальной производной силоoN

вого параметра т к . v . Учет сигнала по

I р т I

реальной производной необходим дл  повышени  запаса устойчивости и улучшени  динамических характеристик устройства. Дл  формировани  сигнала обратной св зи в виде

Uoc KAN + КдКТ TNP

I р Т 1

из сигнала датчика силового параметра не- обходимо включение блоков 9-12 таким образом как показано на фиг. 1. Настройка коэффициентов усилени  усилителей 10 и 11 должна осуществл тьс  таким образом, чтобы коэффициент уси ени  неинвертирую- щего усилител  10 был на 1 больше, чем коэффициент К усилени  инвертирующего усилител  11. В этом случае сигнал на выходе сумматора 9

40

S

U«-U,(K4-1)-t|,llTJrT uA(K-l-1-1 rT). ,

w + ) w.

Вход щий в данную формулу коэффици- ент К определ етс  типом датчика силового параметра, коэффициент К усилени  инвертирующего усилител  определ етс  требуемой глубиной обратной св зи по реальной производной силового параметра и выбира- етс  из условий обеспечени  заданного качества переходного процесса в системе. Ид этих же условий выбираетс  величина посто нной времени Т. Когда сигнал на выходе сумматора 9 станет больше величины Ui, определ ющей нижний уровень стабилизации силового параметра NI, на выходе компаратора 13 происходит изменение логического сигнала с высокого уровн  на низкий. Когда сигнал на выходе сумматора

9 становитс  больше сигнала Уз, определ ющего верхний уровень стабилизации силового параметра №. на выходе компаратора 14 логический сигнал измен етс  с низкого уровн  на высокий. При этом на выходе фор- мировател  15 импульсов формируетс  импульс , посгупающий на вход сброса счетчика 3. Значение кода на выходе последнего становитс  равным нулю. Изменение состо ни  входа блока 4 при выполнении программы оперативного управлени  и согласно под программе управлени  разгоном и замедлением привода подачи начинает уменьшать сигнал задани  1)з на входе привода 5, уменьша  скорость подачи V. (Обычно изменение подачи осуществл етс  УЧПУ по линейному закону с заданной интенсивностью).

Пока сигнал Uoc на выходе сумматора 9 находитс  на уровне, большем величины LM, на выходе компаратора 13 сохран етс  сиг- нал низкого уровн , запрещающий прохождение импульсов генератора 1 через элемент И 2 на вход суммировани  счетчика 3. По мере уменьшени  подачи уменьшаетс  и мощность резани  и когда сигнал U0c на выходе сумматора 9 становитс  меньше величины Ui, на выходе компаратора 13 фор мируетс  сигнал высокого уровн , разрешающий прохождение импульсов генератора 1 через элемент И 2 на вход сумми- ровани  счетчика 3. Значение кода на выходе счетчика 3 увеличиваетс  и согласно с этим УЧПУ 4 увеличивает скорость электропривода 6 подачи до тех пор, пока гигнал Uoc на выходе сумматора 9 не станет больше сигнала Ui задани  нижнего уровн  стабилизации мощности NI. После этого на выходе компаратора 13 устанавливаетс  логический сигнал низкого уровн . Импульсы генератора 1 импульсов через элемент И

2на вход счетчика 3 не проход т.

Согласно зафиксированному на выходе счетчика 3 значению кода Kk К2 Кч блок 4 устанавливает значение подачи V2 KaVi. которое в дальнейшем не измен етс , если сигнал Uoc на выходе сумматора 9 не выходит за пределы диапазона, ограниченного сигналами Ui и U2, т.е. если мощность резани  N находитс  в заданном диапазоне NI N N2. Если в процессе обработки, например в результате увеличени  снимаемого припуска, произойдет увеличение мощности резани , и си нал Uoc на выходе сумматора 9 превысит значение U2, произойдет процесс управлени , аналогичный описанному. При Uoc U2 на выходе счетчика

3устанавливаетс  нулевой код и подача снижаетс  до тех пор. пока Uoc на станет меньше Ui. Затем выходной код счетчика 3, а вместе с ним и подзча последоаате/u но

увеличиваетс  до тех пор, пока мощность резани  N не окажетс  в пределах диапазона Mi N N2.

Величины Ut и U2 установок срабатывани  компараторов 13 и 14 ввод тс  до начала процесса обработки, либо с помощью микроЭВМ. либо оператором с помощью гереключател , устанавливаемого на пульте оператора. В процессе обработки силовой параметр поддерживаетс  с помощью предлагаемого устройства в установленном диапазоне.

Таким образом, функциональна  роль кода на выходе счетчика 3 заключаетс  в том, чтобы подать на блок 4 сигнал, требующий изменени  скорости подачи. Опрос со- сго ни  входа ввода коррекции и изменение скорости подачи в соответствии со значением поданного на этот вход кода осуществл етс  УЧПУ по стандартным подпрограммам . По таким подпрограммам функционируют серийно выпускаемые в СССР УЧПУ класса CNC, например моделей 2Р32, 2С42 и других.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы , иллюстрирующие процесс управлени  в устройстве, полученные в результате математического моделировани  работы устройства на ЭВМ. Здесь представлены сигналы скорости подачи V и мощности резани  N при обработке детали с измен ющемс  припуском Q. Из диаграмм на фиг. 2 видно, что вс кий раз при значительном увеличении припуска (от Q до QI иот01 до О) происходит торможение привода подачи , а затем увеличение его скорости до величины, при которой мощность резани  находитс  в заданном диапазоне NI N N2. (V2 при СИ и Уз при Q2). При уменьшении припуска (от Q2 до Qi) скорость привода увеличиваетс  (до значени  V2) до тех пор, пока мощность N не установитс  в диапазоне NI N N2.

Таким образом, предлагаемое устройст- во позвол ет расширить адаптивное управление металлорежущим станком, не производ  конструктивных изменений в установленном на станке УЧПУ и не измен   его базового программного обеспечени , осуществл ть стабилизацию силового параметра процесса обработки, что обеспечивает повышение производительности станков.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  адаптивного управлени  металлорежущим станком, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого

   компаратора, первый вход которого подключен к первому входу задани  силового параметра устройства, выход элемента И соединен с входом суммировани  счетчика импульсов, а вход сброса - с выходом формировател  импульсов, а также датчик силового параметра, привод, отличающеес  тем, что, с целью расширени  области применени , в него введены второй и третий компараторы , инвертирующий и неинвертирующий усилители, блок запаздывани , сумматор, а также блок вычислени  коррекции скорости подачи, группа входов которого подключена к разр дным выходам счетчика импульсов и к первой группе входов второго компаратора, втора  группа входов которого соединена с группой входов задани  максимальной под

   ачи устройства, второй вход задани  силового параметра которого подключен к первому входу третьего компаратора, второй вход которого соединен с вторым входом первого компаратора и с выходом сумматора , первый вход которого через неинвертирующий усилитель соединен с выходом датчика силового параметра и с входом инвертирующего усилител , выход которого подключен к входу блока запаздывани , выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход второго компаратора соединен с третьим входом элемента И, выход блока вычислени  коррекции скорости подачи - с приводом, а выход третьего компаратора подключен к входу формировател  импульсов.

   Фиг.

   Qr

   Qr

   о г

   N Ъ

   f

   02468

   Фиг. 2

   в

   to

   t,c

   8 10

   t,c

   10

   t,c