Привод ориентации шпинделя металлорежущего станка

 

Изобретение относится к автоматике , в частности к следящим системам металлорежущих станков. Цель изобретения - повышение точности и надежности. При включении питающего напряжения с выхода генератора поступают импульсы, на выходах счетчикаделителя код увеличивается до N - I. На выходах усилителя обра- . зуются синусоидальные сигналы, поступающие на статорные обмотки датчика положения, на выходе его роторной обмотки появляется сигнал. На выходе фильтра-формирователя появляется им-. пул ьс, поступающий на вход фазового дискри№1натора; на другой его вход -поступает импульс с формирователя. Сигнал на выходе фазового дискриминатора пропорционален временному интервалу между импульсами на его входе. В режиме регулирования скорости ключ К (71-1 . замкнут. Замыкая ключи К, Kg, или Кц,. регулятором скорости PC изменяют Uy от О до максимума и регулируют скорость двигателя. При подаче команды Ориентация, шпинделя ключом Кгпобеспечивают на выходе блока задания сигн.ал 1. .Сигнал U,. .исчезает, двигатель тормозится и при УО /Uoc / на выходе компаратора, появится Напряжение Uy является сигналом обратной связи по углу вала двигателя, двигатель вращается в таком направлении, чтобы уменьшить этот сигнал, сигнал Uy стремится к О, а амплитуда занимает, положение, соответствующее его исходному. Изменяя код Ny, регулируют исходную точку положения шпинделя. Выбором Net величины Uo и коэффициента передачи фазового дискриминатора добиваются высокой точности ориентации шпинделя. 1 з,п, ф-лы, 4 ил. о. (Л с to 4 CD 4

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

„.Я0„„41194 (д 4 С 05 В 19/18 (21) 3771642/24-24 (22) 18 ° 07.84 (46) 30.06.86, Бюл. ¹ 24 (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) Н.Т.Малюк и Н.П.Конев (53) 621-503.55(088.8) (56) Устройство Spindel Richten

2SR12 производства фирмы Bosch. ФРГ.

Михеев Ю.Е., Сосонкин В.Л. Системы автоматического управления станками. M.: Машиностроение, 1978, с. 163, 161, рис. 131-, 130. (54) ПРИВОД ОРИЕНТАЦИИ ШПИНДЕЛЯ. МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА (57) Изобретение относится к автоматике, в частности к следящим:системам металлорежущих станков. Цель изобретения — повышение точности и надежности. При включении питающего напряжения с выхода генератора поступают импульсы, на выходах счетчикаделителя код увеличивается до N - =

= N — I. На выходах усилителя образуются синусоидальные сигналы, поступающие на статорные обмотки датчика положения, на выходе его роторной обмотки появляется сигнал. На выходе фильтра-формирователя появляется им-. пульс, поступающий на вход фазового дискриминатора; на другой его вход

-поступает импульс с формирователя.

Сигнал на выходе фазового дискриминатора пропорционален временному интервалу между импульсами на его входе.

В режиме регулирования скорости ключ

К д . замкнут. Замыкая ключи К ., К> или Кч, регулятором скорости РС изменяют U> от О до максимума и регулируют скорость двигателя. При подаче команды "Ориентация. шпинделя" ключом Km обеспечивают на выходе блока задания сигнал "1".,Сигнал U ® .исчезает, двигатель тормозится и при

U > /U0c / на выходе компаратора, j появится "1". Напряжение Пу является С" сигналом обратной связи по углу вала двигателя, двигатель вращается в та-. Я ком направлении, чтобы уменьшить этот сигнал; сигнал Ну стремктся к О, а амплитуда занимает. положение, соответствующее его исходному. Изменяя код Ny, регулируют исходную точку положения шпинделя, Выбором N величи- ® ны U и коэффициента передачи фаэово- CO

ro дискриминатора добиваются высокой ффй точности ориентации шпинделя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 i 2411

Изобретение относится к автоматике, в частности к следящим системам металлорежущих станков, и может.найти применение в различных системах регулирования с цифровым управлением.

Целью изобретения является повышение точности и надежности.

На фиг. 1 показана схема привода; на фиг . 2 — схема блока управления и схема фазового дискриминатора; на фиг. 3a — схема задатчика (на фиг.Зб, в и r — - варианты выполнения усилителя); на фиг ° 4 — диаграмма работы привода.

На фиг. 1 обозначено: с и Ь вЂ” вы- ходы усилителя; Uq — выходное напряжение фазового дискриминатора; П напряжение, задающее скорость вращения шпинделя; Uoc, — напряжение йа выходе тахогенератора; U — опорное напряжение на входе компаратора, Nс — код счетчика в ; Н код задание скорости, шпинделя.

На фиг, 3 обозначено: fn q fn — частота на выходе соответствующего .разряда счетчика-делителя, U П, U — напряжения на выходах усилитес ля, М вЂ” код на выходе задатчика.

Привод содержит генератор 1, счетчик-делитель 2 усилитель 3, датчик

Э

30 положения шпинделя 4, фильтр-формирователь 5, фазовый дискриминатор 6, усилитель мощности 7, двигатель 8, тахогенератор 9, компаратор 10, сумматор 11, блок управления 12, задатчик 13, формирователь 14, выходы 15, 16 и 17 задатчика 13, выход 18 блока управления 12, входы 19 и 20 фазово- .го дискриминатора 6, входы 21 и 22 блока управления 12, входы 23 и 24 формирователя 14.

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

Блок управления содержит D-тригге ры 28, ключ 29. Усилитель 3 на

Фиг. Зб содержит Фильтры 30, 31, усилители 32. Усилитель 3 на фиг. Зв содержит дешифраторы кодов 33, цифроаналоговые преобразователи 34, усилители мощности 35. Усилитель 3 на 50 фиг. 3 r содержит элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 36, усилители мощности 37.

Блок управления 12 содержит резисторы 38, 38„, 38,..., 38, ключи 39, 392, ..., 39щ, переключатели 40, 41, 55 регулятор скорости 42.

Фазовый дискриминатор 6 содержит : .два Э-триггера 26, элемента ИЛИ94 1

НЕ 25 и фильтр 27, выходное напряжение которого U = К.6 Т с учетом знака, .где д Т временной интервал между импульсами 19 и 20 выходов фильтра- . формирователя 5 и формирователя 14, При наличии сигнала единичного уровня, на выходе 18 ключа 29 на выходах элементов ИЛИ-НЕ 25 сигналы нулевого уровня и.триггеры не переключаются, на их прямых выходах сигналы нулевого уровня, д Т = О и Uy = О. Триггеры переключаются при наличии сигнала нулевого уровня на выходе 18 ключа 29, причем переключается только один триггер, на С-вход которого поступает импульс первым.

В качестве формирователя 14 может быть использована любая известная .схема, например дифференцирующая RCцепь, включенная на выходе сумматора

11 и обеспечивающая формирование импульса единичного уровня с длительностью,< 1/f при изменении сигна- ла на выходе сумматора 11 с ".О" на tI 1 II

В качестве датчика положения используется вращающийся трансформатор (ВТ, BTN, 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 должен обеспечивать на выходе сигналы U®sinu)t сдвинутые друг относительно друга на

23/3 эл. град.

Блок управления 12 содержит D-триггер 28 и ключ. 29, на выходе .18 которого появляется разрешающий сигнал нулевого уровня только при наличии на выходе 16 задатчика 13 и выходе компаратора 10 сигналов единичного уровня. Уровень сигнала на выходе 16 задатчика 13 определяется положением ключа 39щ. . Когда ключ замкнут, на выходе 16 - "0", ключ 39 разомкнут, на выходе 16 — "1".

Уровень сигнала на выходе компаратора 10 зависит от модуля величины напряжения П,е . При Uo > /U / на выходе компаратора — "1", Задатчик 13 содержит: ключи 39Ä, 39, ..., 39 q с помощью которых Э задается код N

16 — "О"), привод работает в режиме регулирования скорости, ключ 39 -е т 124 t разомкнут (на выходе 16 — "1"), привод переводится в следящий режим, ключ 39к7), обеспечивающий отключение регулятора скорости 42 от источников задающего напряжения +Б переключате-. 5 лей 40 и 41 с помощью которых задается направление вращения двигателя 8.

Функции задатчика 13 может выполнять любая система числового програм-1О много управления. В этом случае на выходе 15 устанавливается код N определяющий положение шпинделя от, носительно его нулевого положения, выбранного предварительно при установке датчика 4 на двигатель 8 или механизм (шпиндель), например, с помощью буферного регистра, на выходе

16 устанавливается "1" или "0" в зависимости от требуемого режима,работы привода и аналоговый сигнал на выходе 17 задатчика 13 в пределах от 0 до +Б „„„), определяющий скорость вращения шпинделя.

Несколько вариантов практической 25 реализации усилителя 3 приведены на фиг. 3. В соответствии с фиг. Зб усилитель содержит первый фильтр 30, выделяющий первую гармонику из сигнала Кп, второй фильтр 31 (или фа- 3О зосдвигающее устройство), обеспечивающий сдвиг выходного сигнала на угол Х/2 относительно выходного сигнала фильтра 30, и усилители мощности (тока или напряжения, определяются типом датчика) 32, на выходах ко-, 35 торых получают два синусоидальных сигнала с частотой

Un = U)))sindt = Би(з1п(2Ии,) t, 40

Ug = U cosdt = icos(2fifn) t со сдвигом 90 эл. град.

Усилитель по фиг. Зв содержит два дешифратора 33, два цифроаналоговых преобразователя 34, усилитель мощнос-45 ти 35. Дешифраторы 33 выполнены в виде двух матриц постояной памяти, в одну из которой записывается код синусоиды в пределах 2 )(разрядностью

Nqy =. 2, а в другую — код косинусои-50 и ды в тех же пределах и той жФ разрядности. При линейном увеличении кода

N(< от 0 до 2 на выходах дешифратоИ ров 33 получают гармонические сигналы частотой Й и ступенчатой формы, а Ы на выходах блоков 34 аналоговые сигналы синусоидальной формы, гармонический состав которых определяется

194

4 разрядностью дешифраторов 33 и ЦАП 34 соответственно, Наиболее простая реализация усилителя 3 получается при питании датчика положения шпинделя 4 сигналами прямоугольной формы. В этом случае на один из усилителей 37 подают сигнал прямоугольной формы частотой.fq, а на вход второго усилителя 35 подают сигнал fag с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 36, на входы которого поступают частотные сигналы f< v ЕИ-4 с и и n †-. . 1 выходов счетчика-делите-. ля 2 вида, представленного на фиг.Зд, В. зависимости от выполнения усилителя 3 с выхода счетчика-делителя, 2 используется либо частотный сигнал йч = f(- /N qz,(âûõîä старшего разряда счетчика, схема по фиг. Зб), либо

2fr частотные сигналы йп и Еи

Ис . ма((с (выходы п и n — 1 счетчика, схема по фиг. 3 r) или используются все выходы счетчика (схема по фиг. Зв).

Сигнал с генератора 1 представляет собой импульсы,, например, положительной полярности (определяется применяемый элементной базой) симметричной формы с постоянным периодом

T(- = 1/fr. Сигналы .с выходов счетчи- .. ка-делителя 2 представляют частотные сигналы f„, f, .;., Йи, частота которых равна соответственно: (1/2 ) Ег f = (1/22) Ег ° ° °

fn =,г. (фиг. Зд). Код на вы=1

2) ходе этого счетчика в момент времени

t определяется состоянием выходов ("1" или "0") и численно равен N — где 0 4 t < en t(.-,А

Nacre„

Рассмотрим работу привода.

Р

При включении питающего напряжения с выхода генератора 1 на вход счетчика-делителя 2 начинают поступать импульсы частотой f4, íà его выходах код увеличивается до.Б = Н вЂ” 1, где N — информационная емкость счетчика-делителя 2. На выходах а и Ь усилителя 3 образуются синусоидальные сигналы, которые поступают на синусную и косинусную статорные обмотки.датчика положения шпинделя 4, на выходе роторной обмотки которого появляется сигнал

u<(t) = к Utin f(27rfq) t + f) p

1241194 где К вЂ” коэффициент трансформации датчика 4, 7— угол поворота ротора относительно статора.

На выходе фильтра-формирователя 5 появляется один раз за период напря.жения Б импульс положительной полярности, поступающий на вход 19 фазового дискриминатора 6. На другой его вход 20 с той же частотой;поступает !

О также импульс положительной полярности с выхода формирователя 14. Сигнал

Uy на выходе фазового дискриминатора

6 пропорцисаален временному интервалу между импульсами по входам 19 и

20 с учетом знака ("кто первый").

При включении привода на выходе 1.6 задатчика 13 появляется "О", на выхо де D-триггера 28 устанавливается также "0", на выходе 18 ключа 29 — "1", на выходах элементов HJIH-HE 25 — "О", Р-триггеры 26 не переключаются и на их прямых, выходах "О", а Uy = О.

В режиме регулирования скорости

25 ключ 39м -< замкнут. Замыкая ключ

39, переключатели 40 или 41, регулятором скорости 42 изменяют U> от

О до максимального значения и регулируют скорость двигателя 8. При

Uo

10 обеспечивается сигнал нулевого уровня.

В зависимостй от режима работы привода на двигателе 8 получают выходное напряжение усилителя мощности, равное

Ug — К (+Б + Uac) или Ug . = Ку(+Уу ТЛ1ф,) °

При подаче команды "Ориентация шпинделя" ключом 39щ обеспечивают на выходе 16 задатчика 13 сигнал единичного уровня, размыкая.одновременно ключи 39 < 39>,. Сигнал задания

U исчезает, двигатель тормозится и при Uo) /Пас/ на входе 22 компаратора 10 появляется сигнал единичного уровня. Импульсом fq с выхода генератора 1 D-триггер 28 устанавливается в состояние "1", на его выходе, на выходе 18 ключа 29 появляется сигнал нулевого уровня, обеспечивая тем самым возможность переключения 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.

Учитывая, что на инверсных выходах

D-триггеров 26 установлены "1" (соответственно и на их D-входах), по переднему фронту импульса по входу

19 верхний D-триггер 26 переключается и на его прямом выходе устанавливается сигнал, единичного уровня, на выходе фильтра 27 появляется сигнал положительной полярности. Одновременно импульс по входу 19 через нижний элемент ИЛИ-НЕ 25 поступает на R-вход D-триггера 26, подтверждая на его инверсном выходе сигнал единичного уровня. При приходе импульса по входу 20 и поступлении его на С-вход нижнего D-триггера 26 последний не переключится, так как на его D-входе (инверсный выход верх-. него D-триггера 26) — "О". Этим сигналом через верхний элемент ИЛИНЕ 25 верхний D-триггер 26 выключается, на его прямом выходе устанав-

11 Il лива ется О. . Учитывая, ч то напряжени е Uy является сигн алом обратной связи по углу вала двигателя 8, измеря емо го датчиком положения шпинделя 4, двигатель вр ащается в таком направлении, чтобы уменьшить этот сигнал . Далее работа вышеописанных элементов повторяется и сигнал Uó стремится к нулю, . а шпиндель занимает положе ние, соответствующее, е го исходному .

Изменяя код N (ус та навлив ая ключи 39, 39, ..., 39 в замкнутое или разомкнутое состояние), регулируют исходную точку положения шпинделя. В этом случае код счетчика

Nq складывается с кодом N и на входе 23 сумматора 11 (выход переноса) фаза импульса сдвигается в лределах 27, обеспечивая в этих преде-. лах смещение исходной точки шпинделя.

Выбором Nqg, величины U и коэффициента передачи фазового,дискриминатора 6 добиваются высокой точности ориентации шпинделя, которая практически ограничивается собственной . приборной погрешностью датчика положения шпинделя 4.

Допустим, что привод (фиг.. 4) работал с заданной скоростью „,щ определяемой величиной напряжения задания U> Koo "4а где Кос коэффициент передачи тахогенератора.

В момент времени t поступает команда на ориентацию (сигнал единичного уровня на выходе 16), при этом Ug =О, 1241194

Ф,о р и у л а двигатель тормозится и при (U / (и появляется сигнал нулевого уровня на выходе 18, на вход привода посту- пает сигнал Uy и привод в следующем режиме со скоростью . 4)мин= Uo/Кос., 5 с учетом, что U< К (+1Jó Uoc.) приходит в заданное погружение, определяемое кодом N з

Устройство является простым в тех- 10 нической реализации, высоконадежно, обладает высокой помехозащищенностью

У так как фазовый сдвиг сигналов 19 и 20, определяющий точку ориентации шпинделя, циклически повторяется с I5 частотой питания датчика положения шпинделя 4 (изменение кода счетчикаделителя 2 в случае помехи одновре.менно приводит к изменению фазы сигнала датчика 4), а угол- т в пределах 0

23 является абсолютным значением (абсолютная система измерения по сравнению со следящей системой с фотоимпульсным датчиком положения, в

- которой измерение положения шпинделя 25 является относительнык, что не требует запоминания положения шпинделя при выключении питания) ° изобретения

1. Привод ориентации шпинделя иеталлорежущего станка, содержащий усилитель, двигатель, последовательно соединенные датчик положения шпинделя, фильтр-формирователь, фазовый.

35 дискриминатор и усилитель мощности, а также генератор и счетчик-делитель, ротор датчика положения шпинделя кинематически связан c} двигателем э. 40 о т л н- ч а ю щ и и с,я тем, что, с целью повышения точности и надеж ности, привод содержит последовательно соединенные тахогенератор, компа,ратор и блок управления, а также последовательно соединенные задатчик, сумматор и формирователь, выход которого подключен к второму входу фазового дискриминатора, третий вход которого соединен с выходом блока управления, второй вход которого подключен к выходу генератора-, третий вход блока управления соединен с вторым выходом задатчика, третий выход которого подключен к. второму входу усилителя мощности, соединенного выходом с входом двигателя, третий вход усилителя мощности подключен к выходу тахогенератора, выхо-. ды счетчика-делителя соединены с вторыми входами сумматора и входами усилителя, выходы которого подключены к входам синусной и косинусной статорных обмоток датчика положения шпинделя, второй вход формирователя соединен с выходом старшего разряда счетчика-делителя, тахогенератор кинематически связан с двигателем

t вход задатчика является входом кода задания положения шпинделя и режима работы привода, второй вход компаратора является входом опорного иапря; жения.

2 Привод по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что блок управления додержит .последовательно соединенны

-триггера и ключ, выход которого является выходом блока управления, Э-вх Д— вход 3 -триггера является первым входом блока управления, С-вход— его вторым входои, а R. -вход D -триггера соединен с вторым входом ключа и является третьим входом блока управления.

1241194

1241194!

CSh art а) Ьм

Ь»

А,р д) Составитель А,Исправникова

ТехредЛ.Олейник Корректор С,.Черни

Редактор M.Áàéäóðà

Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035» Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3487/42

Производственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная, 4