SU926618A1 - Система экстремального управлени металлорежущими станками - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматике и предназначено дл  использовани; в машиностроении.

Известна система экстремального управлени  металлорежущими станками 1 .

Однако эта система обладает недостаточными точностью и быстродействием , так как в при возникновении автоколебаний осуществл етс  снижение подачи, что, в свою очередь, снижает производительность и качество обработки.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности  вл етс  система экстремального управлени  металлорежущими--станками, содержаща  подключенные к первым входгш системы датчики колебаний, инструментов , соединенные выходами через соответствующие первые элементы И с первыми входами порогового и реверсивного элементов, командный генератор , подключенный выходом ко второму .входу порогового элемента, вторые элементы И, одни входы KOTOJMX соединены через третий элемент И с выходами порогового и реверсивного элементов, а первые выходы - с одними входами соответствующих первых

сумматоров, подключенных другими входами к вторым входам сиетемы,первый блок выделени  экстремума, входы которого соединены с выходами задатчиков и датчиков усилий резани , подключенных к третьим входам системы , а выходы первого блока выделени  экстремума и блока ограничени  подачи, подключенного одним входом

10 к четвертому входу системы, соединены с выходом системы 2.

Основной недостаток системы невозможность (или неэффективность) применени  на станках, обработка на

15 котоЕ«лх ведетс  одновременно несколькими инструментами, имеющими индивидуальные приводы вращени  (например, продольно-фрезерные станки с несколькими бабками), при автоколеба20 тельном режиме одного из инструментов , его колебани  через упругие системы узлов станка и процессы резани  передаютс  на другие инструменты. Частоты колебаний у всех инструмен25 тов одинаковы, а амплитуды могут быть больше допустимых. При изменении числа оборотов снижаетс  быстродействие системы/ а с нею производительность станка и точность (качество)

30 обработки.

Цель изобретени  - повышение точности и быстродействи  системы.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в систему экстремального управлени  металлорежущими станками, содержащую подключенные к первым входам системы датчики колебаний инструментов , соединенные выходами через соответствующие первые элементы И с первыми входами порогового и реверсивного элементов, командный генератор , подключенный выходом ко второму входу порогового элемента, вторые элементы И, одни входы которых соединены через третий элемент И с выходами порогового и реверсивного элементов, а первые выходы - с одними входами соответствующих первых сумматоров, подключенных другими входами к вторым входам сиетемы,первый блок выделени  экстремума, входы которого соединены с выходами задатчиков и датчиков усилий резани , подключенных к третьим входам системы , а выходы первого блока выделени  экстремума и блока ограничени  подачи , подключенного одним входом к четвертому входу системы, соединены с выходом -системы, введены вторые сумматоры, подключенные к их выходам второй блок Выделени  экстремума, вfдxoды которого соединены с другими входами первых и вторых элементов И датчик колебаний рабочего стола, подключенный входом к п тому входу системы и выходами к одним входам вторых сумматоров, соединенных другими входами с выходами соответствующих датчиков колебаний инструментов , коммутаторы, подключенные входами к выходам соответствующих первых cyMjviaTOpOB и вторым выходам соответствующих вторых элементов И, а выходами к второму входу реверсивного элемента и одному входу командного генератора, соединенного другим входом с третьим входом реверсивного элемента и выходом порогового элемента, четвертый и п тый элементы И и третьи блоки выделени  экстремума, причем выходы первых сумматоров соединены через включенные параллельно третьи блоки выделени  экстремума с первыми входами четвертого элемента И, подключенного выходом к другому входу блока ограничени  подачи, а вторым входом через п тый элемент И к выходам задатчиков усилий резани .

При этом в процессе резани  стабилизируетс  мощность (или ток) относительно наиболее загруженного привода главного движени  регулированием подачи, а при возникновении автоколебаний измен етс  число оборотов инструмента, который входит в контур доминирующей (определ ющей возникновение автоколебаний) механической системы. Доминирующий контур определ етс  по наибольшей амплитуде колебаний инструмента относительно детали.

На чертеже приведена функциональна  схема системы экстремального управлени  дл  станка с трем  бабками (инструментами).

Система содержит контур стабилизации , который состоит из последовательно соединенных: регул тора 1, второй вход которого соединен с выходом блока 2 ограничени  подачи; ключа 3, дополнительные входы которого подсоединены к блокам 4-6 перегрузки стабилизируемого параметра по каждому инструменту; регулируемого привода 7 подачи; узла резани , который состоит из нескольких узлов резани  (если обработка ведетс 

Q одновременно несколькими инструментами ) и приводов 11-13 главного движени , первые входы и выходы которых соединены с соответствующими узлами 8-10 резани ; датчиков 14-16

с силового параметра (усилий резан.и ) , входы которых соединены с вторыми выходами соответствующих приводов 11-13 главного движени ; усилителей 17-19, вторые входы которых соединены с выходами задатчиков 20-22 ста- . билизируемого параметра (усилий резани ), а выходы - с соответствующими блоками 4-6 перегрузки, вторые входы которых подсоединены к выходам задатчиков 20-22 величины стабилизируемого параметра, а выходы к дополнительным входам ключа 3; блока 23 выделени  экстремума (максимального сигнала), входы которого соединены с выходами усилителей

0 17-19, а выход - с элементом ЭС-1 сравнени , на второй вход которого поступает посто нна  величина напр жени , а его выход соединен с первым входом регул тора 1.

5 Система содержит также контур ограничени  автоколебаний, КОТОЕЯЛЙ состоит из датчиков 24-26 колебаний инструментов, число которых равно количеству бабок (инструментов), вхоп ды которых соединены с соответствующими узлами 8-10 резани , а выходы - с элементами ЭС-2, ЭС-3 и ЭС-4 сравнени , на вторые входы которых поступают сигналы АО, пропорциональные допустимой амплитуде, и с первыми входами соответствующих вторых сумматор&в 27-29, на вторые входы которых поступает сигнал с датчика 30 колебаний стола. Выходы сумматоров 27-29 соединены с входами

0 второго блока 31 выделени  экстремума (максимального сигнала), выходы которого соединены с соответствующими парами первых и вторых элементов И (ключей) 32 и 33, 34 и 35, 36 и 37.

5 На второй вход ключей 32, 34 и 36 поступают сигналы с соответствующих элементов ЭС-2, ЭС-3 и ЭС-4 сравнени , а их выходы соединены с переключателем 38, пороговым элементом 39 и блоком 40 перегрузки по амплитуде , выход которого соединен с дополнительным входом ключа 3. На второй вход переключател  38 поступает сигнал-с командного генератора 41, а выходы переключател  38 соединены с запоминающими элементами 42 и 43,выходы которых подсоединены к двум первым входам логического элемента 44 сравнени , третий вход которого соединен с командным генератором 41. Выход логического эле 1ента 44 сравнени  подсоединен к первому входу реверсивного элемента 45, второй вход которого соединен с выходом порогового элемента 39, а выход - с первым входом третьего элемента И (ключа) 46, второй вход также соединен с выходом порогового элемента 39, на второй вход которого поступает сигнал с командного генератора 41. Сигнал после ключа 46 поступает на вторые входы ключей 33, 35 и 37, первые выходы которых соединены со входами соответствующих первых сумматоров 47-49, на дополнительные входы которых подаютс  сигналы,пропорциональные максимальному и минимальному ограничени м числа оборото и исходному числу оборотов. Выходы сумматоров 47-49 соединены с соответствующими входами приводов 11-13 главного движени , со входами треть блоков 50 и 51 выделени  экстремума 50 (вьщелени  минимгшьного и максимального сигналов) и с первыми входами коммутаторов (ключей) 52-54, вторые входы которых соединены с соответствующими вторыми выходами ключей 33, 35 и 37, а выходы - с третьим входом реверсивного элемент 45 и с первым входом командного генератора 41, на второй вход которого поступает сигнал с порогового элемента 39. Выходы блоков.50 и 51 соединены с первыми двум  входами четвертого элемента И (ключа) 55, на третий вход которого поступает сигнал с выхода п того элемента И (реле) 56, входы которого соединены с выходами эадатчиков 20-22. Выход ключа 55 соединен с входом блока 2 ограничени  подачи. . Система работает следующим образом . Задатчиками 20-22 устанавливаютс величины стабилизируемых параметров по каждому главному приводу 11-13. Фактические величины измер ютс  дат чиками 14-16. Блок 23 выделени  мак симального сигнала выдел ет наиболь ший из усиленных сигналов (после усилителей 17-19), поступающих с датчиков 14-16. В зависимости от знака разности,сигнала после блока 23 и посто нной установки UQ. регул тор 1 с помощью привода 7 увеличивает или уменьшает подачу и тем самым автоматически компенсирует отклонение стабилизируемого параметра наиболее загруженного привода от заданного значени . Если по каким либо причинам возникают перегрузки приводов 11-13 главного движени , то срабатывают блоки 4-6 перегрузки, которые размыкают ключ 3 и тем самым отключают подачу. Регулирование числа оборотов производитс  в зависимости от величины сигналов датчиков 24-26 колебаний инструментов, установленных на станке вблизи от узлов 8-10 резани . Регулирование начинаетс  только в Том случае, если абсолютна  величина колебаний хот  бы одного датчика 2426 Превышает допустимый уровень Ад. Регулируетс  число оборотов инструмента , имеющего наибольшую амплитуду колебаний относительно стола. Выделение наибольшей относительной амплитуды производитс  блоком 31 выделени  максимального сигнала, на вход которого поступают сигналы, пропорциональные относительным колебани м инструментов (относительные колебани  получаютс  суммированием сигналов колебаний с датчиков 24-26 и с датчика 30 колебаний стола в сумматорах 27-29). Выделенный наибольший сигнал замыкает ключ 32 или 34, или 36 датчиков 24-26 колебаний инструмента , работаиощего в режиме автоколебаний , и ключ 33 или 35, или 37, осуществл ющий подключение сумматоров 47 или 48, или 49 к главному приводу 11, 12 или 13 этого инструмента . Разность (А -AQ) через переключатель 38 поступает на один из запоминающих элементов 42 или 43. В течение периода,-кратного периоду вращени  инструмента, определ етс  среднее значение этой разности, которое в элементе 44 сравнени  сравниваетс  со средним значением в предыдущий момент. В зависимости от знака разности с помощью реверсивного элемента 45 в сумматор 47 или 48, или 49 подаетс  положительное или отрицательное напр жение, пропорциональное шагу поиска. Сигнеш, пропорциональный шагу поиска, подаетс  только- в том случае, если разность (А - AQ) превышает некоторую зону, нечувствительности, реализуемую пороговым элементом 39 и ключом 46. В сумматоре 47-49 шаг суммируетс - с исходным числом оборотов (Пд), измен   его таким образом, чтобы уровень - автоколебаний уменьшалс . Дл Снижени  потерь на поиск командный генератор 41 синхронизирован с частотой вращени  инструмента, величина шага в режиме поиска поддерживаетс  посто нной. Снижение потерь на рыскание достигаетс  уменьшением величины шага и увеличением времени цикла поиска (уменьшением частоты командного генератора 41) при выходе в зону AQ. Выход в зону АО определ етс  по количеству срабатываний блока 39 в течение определенного времени,

Если в процессе резани  услови , которые привели к повышению уровн  колебаний, пропадут (например, будет пройден участок с повышенной глубиной резани ), то измененное число оборотов апериодически , возвращаетс  к нйходному.

Дл  предотвращени  поломки инструмента подача ограничиваетс  блоком 2, на входе.которого задаетс  максимально допустима  минутна  подача котора  корректируетс  при изменении числа оборотов. Коррекци  8„ max зависит от вида одновременно работеиощих инструментов. Если все инстру менты одинаковые (все торцовые или концевые фрезы), то уставки стабилизируемого параметра одинаковы и выход реле 56 равен нулю. Ключ 55 буде в положении, при котором на вход б41ока 2 подсоединен блок 50 вьвделени  минимального сигнала. Последний выдел ет наименьшее число оборотов и поэтому выход блока 2 ограничивает подачу на уровне

с с rr, v rain

SM -

Если обработка ведетс  различными инструментами (например, торцовой и концевыми фрезами), то выходы задатчиков 20-22 неодинаковы и выход реле 56 отличен от нул . Этот сигнал замыкает ключ 55 в положении, при ко- тором на вход блока 2 поступает сигнал с блока 51. Блок 51 выдел ет наибольшее число оборотов, которое соответствует наименее прочному инструменту .

Если по каким либо причинам уровень колебаний превышает допустимый уровень в течение некоторого времени то сработает блок 40, который разомкнет ключ 3 и остановит процесс резани . .

Применение изобретени  повышает производительность и виброустойчивость станков. По сравнению с известной системой, в которой уровень автоколебаний снижаетс  регулированием подачи, предлагаема  система повышает производительность на 2035% .

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Система экстремального управлени  металлорежущими станками, содержаща  подключенные к первым входам системы датчики колебаний инструментов , соединенные выходами через соответствующие первые элементы И с первыми входами порогового и реверсивного элементов, командный генератор , подключенный выходом ко второму входу порогового элемента, вторые элементы И, одни входы которых со динены через третий элемент И с выходами порогового и реверсивного элементов, а первые выходы - с одними входами соответствующих первых сумматоров, подключенных другими входами к вторым входам системы, первый блоквыделени  экстремума, входы которого соединены с выходами задатчиков и датчиков усилий резани , подключенных к третьим входам системы , а выходы первого блока выделени  экстремума и блока ограничений подачи , подключенного одним входом к четвертому входу системы, соединены с выходом системы, отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи , в нее введены вторые сумматоры, подключенные к их выходам второй блок высцелени  экстремума, выходы которого соединены с другими входами первых и вторых элементов И, датчик колебаНИИ рабочего стола, подключенный входом к п тому входу бистемы и выходами к одним входам вторых сумматоров , соединенных другими входами с выкодс1ми соответствующих датчиков колебаний инструментов, коммутаторы, подключенные входами к выходам соответствующих первых сумматоров и вторлм выходам соответствующих вторых элементов И, а выходами к второму входу реверсивного элемента и одному входу командного генератора, соединенного другим входом с третьим входом реверсивного элемента и выходом порогового элемента, четвертый и п тый элементы И и третьи блоки вьщелени  экстремума, причем выходы первых cyNMaTopoB соединены через включенные параллельно третьи блоки выделени  экстремума с первыми входами четвертого элемента И, подключенного , выходом к другому входу блока ограничени  подачи, а BTOpi vf входом через п тый элемент И к выходам задатчиков усилий резани .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1 Труды семинара Автоматическое управление и оптимизаци  технологических процессов .- Л., 24-26 но бр  1975, с. 7V.
2. 2. Бонч-Бруевич A.M. Бесконтактные элементы самонастраивак цихс  систем. М., Машиностроение, 1968 с. 15, рис. 8 (прототип).