Устройство адаптивного управления металлорежущим станком

 

Изобретение относится к области автоматического управления и позволяет повысить используемую эффективную мощность электродвигателя главного привода (ЭГП) и производительность обработки за счет использования свойства электродвигателя работать некоторое время с перегрузкой по мощности без перерьта.1 Заданная максимальная мощность резания в системе: задатчик 1 мощности - первый элемент 2 сравнения - регулятор 3 мощностиблок 4 ограничения подачи - привод 5 подачи - объект 6 управления - ЭГП 7 - датчик 8 мощности - первый усшштель 9 - датчик 10 температуры - второй усилитель 11 - второй элемент 12 сравнения - регулятор 13 температуры - задатчик 14 температуры регулируется в зависимости от величины разности температуры нагрева ЭГП и установленной задатчиком 14 допустимой его температуры. При увеличении температуры до допустимого уровня устройство уменьшает мощность резания (МР) до номинальной . Через время, задаваемое регулятором 13, ЭГП охлаяадается и МР устанавливается максимальной. 1 3. п.ф-лы,4 ил. с б (Л :л 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (д1) 4 С 05 В 19/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТФ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2i) 3783357/24-24 (22) 25.08.84 (46) 15.01.86. Бюл. У 2 (71) Ульяновское головное специальное конструкторское бюро тяжелых и фрезерных станков (72) А.В. Коробко и М.И. Коваль (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 645127, кл. С 05 В 19/38, 1977. (54) УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКОМ (57) Изобретение относится к области автоматического управления и позволяет повысить используемую эффективную мощность электродвигателя главного привода (ЭГП) и производительность обработки за счет использования свойства электродвигателя работать некоторое время с перегрузкой по мощности без перерыва.

Заданная максимальная мощность резания в системе: эадатчик 1 мощности — первый элемент 2 сравнения — регулятор 3 мощности- блок 4 ограничения подачи — привод 5 подачи — объект 6 управления — ЭГП 7 датчик 8 мощности — первый усилитель 9 — датчик 10 температуры— второй усилитель 1! — второй элемент 12 сравнения — регулятор 13 температуры — задатчик 14 температуры регулируется в зависимости от величины разности температуры нагрева ЭГП и установленной задатчиком 14 допустимой его температуры. а

При увеличении температуры до до- Ж пустимого уровня устройство уменьшает мощность резания (МР) до номинальной. Через время, задаваемое регулятором 13, ЭГП охлаждается и

МР устанавливается максимальной. Я

1 з. п.ф-лы,4 ил.

1205130

f0

f5

1

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию, в частности к адаптивному управлению металлорежущими станками.

Цель изобретения — понышение использования эффектинной мощности электродвигателя главного привода и понышение производительности обработки.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства на фиг.2 диаграммы работы устройства, на фиг.3 — техническая реализация

ЯЮгулятора температуры; на фиг.4

Ф диаграмма его работы.

Устройство адаптивного управления металлорежущим станком (фиг.1) содержит задатчик 1 мощности, первый элемент 2 сравнения, регулятор

Э мощности, блок 4 ограничения подачи, регулируемый привод 5 подачи, объект б управления, главный привод 7, датчик 8 мощности, первый усилитель 9, датчик 10 температуры, второй усилитель 11, второй элемент

12 сравнения, регулятор 13 температуры, задатчик 14 температуры.

Регулятор 13 температуры (фиг.3) содержит операционный усилитель 15, первый конденсатор 16, диод 17, потенциометр 18, первый резистор 19, нуль-орган 20, второй резистор 21, нторой конденсатор 22, первый эле- . мент И-НЕ 23, второй элемент И-НЕ

24, реле 25, нормально разомкнутый контакт 26.

Кроме того, обозначены N и Я— заданная и фактическая мощность резания (эффективная мощность электродвигателя), @N= Йо-N — рассогласование контура регулирования мощности резания, М и И оп = BNff — номинальная и предельно допустимая мощность нагрузки электродвигателя;

Я- коэффициент допустимой перегрузки электродвигателя, и ; — 1-я уставка допустимой мощности нагрузки электродвигателя по технологическим условиям, 8 и 5 оп — текущая подача и предельно допустимая подача подвода инструмента и детали;

1,, — длительность цикла, и 1, — длительность чистовой и черновой обработки в цикле,, 1о и о„ вЂ” время смены инструмента и инструмента с деталью", 25

2

6,8gon и 6„— текущая допустимая температура нагрева электродвигателя и температура окружающей среды; д9=9 оп-9 — рассогласование кон- тура стабилизации температуры нагрева электродвигателя, О„о — петля гистерезиса нульоргана.

Упрощенный цикл обработки детали состоит (фиг.2) из чернового резания, смены инструмента ,чистового t> с резания, смены инструмента и детали о Д тижения наибольшей производительности обработку в черновом режиме ведут с максимально возможной мощностью резания (эффективной мощностью электродвигателя главного привода). Этому соответствует съем наибольшего сечения стружки и наибольшая рабочая подача. Чистовой

|проход по технологическим соображениям (чистота. и шероховатость поверхности, прочность инструмента, точность обработки) осуществляют с меньшей мощностью резания, чем при черновом режиме.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии задатчиком 14 (фиг.1) устанавливается допустимая температура Н оп нагрева электродвигателя главного привода 7. В начале работы температура этого двигателя, измеряемая датчиком 10, равна температуре окружающей среды В<с и намного меньше Qgoff.. Положительная разность

n0= В оп-8 выхода элемента 12 сравнения полностью открывает регулятор 13 температуры, и на его выходе устанавливается напряжение, пропорциональное И оп= Мн где Я =

1,3 + 2,0 в зависимости от типа двигателя.

Задатчиком 1 для конкретного режима обработки устанавливается величина задаваемой мощности резания Ц (фиг.3). Задатчик 1 представляет собой делитель с переменным передаточным коэффициентом К подаваемого на него выходного напряжения регулятора 13 температуры.

Передаточныи коэффициент К изменяется в пределах 0-1. Для черновых режимов обычно К = 1 и, следовательно, в исходном состоянии для фиг.2 N,=КЯ „„Л М„В блоке 4

1205

40 ограничения устанавливается допустимая подача 5 р подвода инструмента к детали.

При пуске устройства в работу напряжение задатчика 1 (фиг.1) про5 ходит через элемент 2 сравнения, регулятор 3 мощности и вызывает перемещение приводом 5 подачи инструмента к детали с подачей 5 рр.

В момент 1» касания инструмента с 10 деталью нагружается электродвигатель главного привода 7, и на второй вход элемента 2 сравнения поступает сигнал, пропорциональный мощности нагрузки двигателя главного привода. Выходной сигнал элемента 2 сравнения, пропорциональный разности ьЙ=МО-N, устанавливает такую подачу $, которая обеспечивает загрузку электродвигателя главного привода до заданной величины й,-Лйн и с некоторой допустимой ошибкой регулирования. Вследствие глубины и ширины обработки, твердости материала заготовки, износа инструмента подача непрерывно изменяется, стабилизируя загрузку электродвигателя на заданном уровне (фиг.2).

Двигатель главного привода 7 под действием нагрузки N=N,-ЯМ„ начинает нагреваться. При этом с точки зрения теплового состояния двигателя возможны два режима работы устройства. В первом (фиг.2g) длительность обработки в черновом проходе с максимально возможной нагрузкой, равной Я 1, такова, что температура двигателя не успевает достигнуть допустимого значения Bgz>.В этом случае выходной сигнал элемента 12 сравнения все время положительный (ь6 )9 ), регулятор температуры не изменяет своего состояния, и процесс управления протекает, как показано на фиг.2а.

После окончания чернового прохода при смене инструмента (интервал времени 1с,„ на фиг.2) двигатель несколько охлаждается. После чистового прохода с уставкой мощности

М N< двигатель опять нагревается, 50 но его температура по-прежнему не достигает предельной Яуп. После окончания чистового прохода следует интервал 1 смены инструмента и детали, в течение которого двигатель-опять охлаждается.

Во втором режиме (фиг.2о) длительность обработки с максимально!

30 4 возможной нагрузкой N 3 N< такова, что двигатель в какой-то момент

- „р1 нагревается до предельно допустимой температуры 6 оп. В этом случае выходной сигнал элемента 12 сравнения становится равным нулю или принимает отрицательное значение(ь 6 6 0), и регулятор 13 темпера— туры уменьшает свое выходное напряжение до величины, эквивалентной

N„.Ñ этого момента установка Мо=Мн и электродвигатель главного привода работает с номинальной нагрузкой, а его температура не возрастает выше предельно допустимой.

Более подробно временная диаграмма работы устройства для второго режима рассмотрена на фиг.4.

В исходном состоянии при черновом резании (когда выбрана наибольшая уставка мощности Й,„= kN )N i) на выходе нуль-органа 20 с гистерезисом (фиг.3) имеется нулевой потенциал, а на выходе формирующей цепи на элементах И†HF. 23 и 24 — логическая единица, от которой включено реле 25 (элемент 24 — с активным выходом). Делителем 18 (резистор 19 зашунтирован) выставлен уровень ограничения регулятора 13 и соответствующий IN

При увеличении температуры 6 до допустимого уровня О оп срабатывает нуль-орган 20, и при помощи формирующей цепи 23 и 24 реле 25 отключается на время, определяемое параметрами резистивно-емкостной цепи 21 и 22. При этом уровень ограничения регулятора 13 меняется от АЙ до NH (фиг.4) . После выдержки времени реле 25 вновь включается, шунтирует своим контактом 26 резистор 19, и уровень ограничения вновь становится равным Л1 „ однако вследствие разряда емкости 16 через диод !7 во время выключения реле

25 выходной сигнал Ц регулятора 13 соответствует Ц . В дальнейшем этот сигнал регулируется по интегральному закону, обеспечивая 8 = 9 рл при изменяющихся внешних условиях. Например, пунктирная кривая на фиг.4 с момента времени 1 соответствует ухудшению условий охлаждения двигателя, повышению температуры окружающей среды Вас и т.д.

После окончания чернового, резания (момент $. на фиг.4) двигатель охлаждается. В момент 1 нуль-орган

1205130 возвращается в исходное состояние и вновь готов к новому циклу чернового резания (если оно предусмотрено технологией обработки).

На фиг.2 для сравнения штрихпунктирной линией показан процесс управления обработкой в черновом режиме в известной системе управления.

Как видно, в этом случае эффективная мощность резания не превышает Мм и, следовательно, в устройстве за счет повышения мощности резания в черновых режимах до 3Йн имеет место пропорциональное увеличение рабочей подачи, сокращение машинного времени и, соответственно, повышение производительности обработки.

Формула изобретения

1. Устройство адаптивного управления металлорежущим станком, содержащее блок ограничения подачи и последовательно подключенные задатчик мощности, первый элемент сравнения, регулятор мощности, регулируемый привод подачи, объект управления, главный привод, датчик мощности и усилитель, подключенный к второму входу первого элемента сравнения, а выход блока ограничения подключен к второму входу регулятора мощности, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения использования эффективной мощности электродвигателя главного привода и повьппения производительности обработки, в него введены задатчик температуры и последовательно подключенные датчик температуры, связанный с главным приводом, второй усилитель, второй элемент сравнения, регулятор температуры, выход которого подключен к входу задатчика мощности, а выход задатчика температуры подключен к второму входу второго элемента сравнения.

1О

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что регулятор температуры выполнен в виде интегрирующего операционного усилителя, вход которого подключен к первому выходу второго элемента сравнения и к аноду диода, а выход — к входу задатчика мощности и к первому крайнему выводу потенциометра, средний

2п вывод которого подключен к катоду диода, а второй крайний вывод через первый резистор — к отрицательному полюсу источника питания, последовательно включенные первый элемент

25 И-НЕ, второй резистор и конденсатор, а также последовательно включенные нуль-орган, второй элемент И-НЕ и реле, вход нуль-органа подключен к второму выходу второго щ элемента сравнения, второй вывод обмотки реле — к положительному полюсу источника питания, первый и второй входы первого элемента И-НЕ подключены к первому входу второго

35 элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к конденсатору, второй вход которого подключен к отрицательному полюсу источника питания, первый резистор зашунтирован

40 нормально разомкнутым контактом реле.

Ъа. ОС

0 доа

Режон t

1205130

Ражим Р

1205130 лйм

Фиг. Ф

ВНИИПИ Заказ 8529/50 Тираж 8б2 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4