Устройство для синхронного перемещения рабочего органа станка

 

Изобретение относится к машиностроительной промышленности, в частности к нрецизионному станкостроению. Цель изобретения - повышение динамической точности устройства для перемеш.ения рабочего органа, станка путем обеспечения постоянства динамических характеристик обоих каналов управления за счет автоматической коррекции величин постоянных времени этих каналов . Для этого в устройство, содержаш,ее двухканальную систему управления перемещением рабочего органа станка и блок синхронизации двух каналов управления, введены фазоопережающие звенья с регулируемыми постоянными времени. 2 ил. SS N3 СО ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1294570 А1 (5D 4 В 23 15 00, 23 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3863753/25-08 (22) 11.03.85 (46) 07.03.87. Бюл. № 9 (71) Куйбышевский политехнический инсти тут и м. В. В. Ку йбы шева (72) П. Г. Кравцов, В. Е. Лысов, В. А. Николаев и В. Г. Четаев (53) 621.91 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 931385, кл. В 23 Q 23/00, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОННОГО

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА

СТАНКА (57) Изобретение относится к машиностроительной промышленности, в частности к прецизионному станкостроению. Цель изобретения — повышение динамической точности устройства для перемещения рабочего органа, станка путем обеспечения постоянства динамических характеристик обоих каналов управления за счет автоматической коррекции величин постоянных времени этих каналов. Для этого в устройство, содержащее двухканальную систему управления перемещением рабочего органа станка и блок синхронизации двух каналов управления, введены фазоопережающие звенья с pet.улируемыми постоянными времени. 2 ил.

1294570

Изобретение относится к машиностроительной промышленности и может быть использовано в станкостроении, особенно в прецизионном, например в координатно-расточиых, координатно-шлифовальных станках, ко

npzi(". т:l(>-измерительных машинах портальиог: > 1

II.,ь!:.: бретения — повышение динамическ((.,:»ности устройства для перемещения риб,!чcго органа станка путем обеспечения постоянства динамических характеристик обоих каналов управления за счет автоматической коррекции величин постоянных времени этих каналов.

На фиг. 1 изображен станок с устройством для перемещения рабочего органа станка, общий вид; на фиг. 2 — принципиальная схема фазоопережающего звена с регулируемой постоянной времени.

Станок (фиг. 1) содержит станину 1, стол 2, стойки 3 и 4, поперечину 5 и шпиндельную бабку 6. Два ходовых винта

7 и 8, взаимодействующие с гайками 9 и 10, предназначены для перемещения поперечины 5 по направляющим стоек 3 и 4 . и соединены с валами электрических двигателей 11 и 12 постоянного тока. Два прецизионных датчика 13 и 14 линейных перемещений, например индуктосинные импульсные датчики, встроены в левом и правом концах поперечины 5, а соответствующие этим датчикам 13 и 14 шкалы 15 и 16 отсчета монтируются на стойках 3 и 4 параллельно осям ходовых винтов ? и 8. Управление перемещением поперечины 5 относительно стоек 3 и 4 ведется по двум каналам. При этом один из каналов управления (условно, первый) содержит блок 17 ввода задания, например цифровое программозадающее устройство унифицированной блочной системы регулирования дискретного типа (УБСР— Д), датчик 13 перемещения левого конца поперечины 5 относительно шкалы 15 отсчета, блок 18 сравнения, выполненный, например, на элементах той же серии, цифроаналоговый преобразователь 19, например преобразователь кода с учетом его знака в соответствующее напряжение, усилитель 20, фазоопережающее звено 21 с регулируемой постоянной времени, например форсирующее звено, управляемый силовой преобразователь 22, например тиристорный, электродвигатель 11 и ходовой винт 7, предназначенный для перемещения левого конца поперечины 5.

Другой канал управления (условно, второй) содержит блок 17 ввода задания, датчик 14 перемещения правого конца поперечины 5 относительно шкалы 16 отсчета, блок 23 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 24, усилитель 25, форсирующее звено 26 с регулируемой постоянной времени, тиристорный преобразователь 27, элект45

5

l5

40 родвигатель 2 и ходовой винт 8, предназначенный для перемещения правого конца поперечины 5. Для согласования перемещений концов поперечины 5 относительно стоек 3 и 4 при обработке заготовок посредством подъема или опускания поперечины 5 предусмотрена электрическая связь между каналами управления движением ходовых винтов 7 и 8. Эта связь осуществляется через блок 28 сравнения, к входам которого подключены датчики 13 и 14 перемещений концов поперечины 5, а выход соединен с инвертирующим входом блока 18 сравнения и неинвертирующим входом блока 23 сравнения. Для контроля за положением шпиндельной бабки 6 в нее встроен датчик 29 линейных перемещений, например индуктивный потенциометрический преобразователь аналогового типа, а соответствующая ему шкала 30 отсчета установлена на поперечине 5 параллельно направлению движения шпиндельной бабки 6.

Датчик 29 линейных перемещений подключен к функциональным преобразователям 31 и 32, например диодным, а они, в свою очередь, связаны с форсирующими звеньями 21 и 26. Каждое из двух фазоопережающих звеньев 21 и 26 с регулируемой постоянной времени (фиг. 2) представляет собой форсирующее звено, в состав которого входят операционный усилитель 33, конденсатор 34 постоянной емкости и одинаковые транзисторы 35 н 36, используемые в качестве регулируемых активных сопротивлений. Коэффициент передачи такого звена представляет собой отношение величины активного сопротивления коллекторного перехода транзистора 36 к величине активного сопротивления коллекторного перехода транзистора 35, а регулируемая постоянная времени определяется произведением величины емкости конденсатора 34 на величину регулируемого активного сопротивления коллекторного перехода транзистора 35.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно при наладке станка согласовывается положение нулевые точек отсчета на шкалах 15 и 16 таким образом, чтобы они лежали в плоскости стола 2.

При этом обеспечение равенства координат положений левого и правого концов поперечины 5 относительно соответствующих шкал 15 и 16 одновременно означает и обеспечение параллельности поперечины 5 и зеркала стола 2. Положение нулевой точки отсчета на шкале 30 принимается соответствующим левому крайнему положению шпиндельной бабки 6 на поперечине 5. В этих условиях зависимости приведенных электромеханических постоянных времени двигателей 11 и 12 от положения шпиндельной бабки 6 на поперечине 5, установленные аналитическим путем, имеют следующий вид.

1294570

Для двигателя 11

Се СмЯ где T(— приведенная электромеханическая постоянная времени двигателя 11;

m„— масса поперечины 5; гпшб — масса шпиндельной бабки 6; — расстояние между осями ходовых винтов 7 и 8;

1о

C> — емкость конденсатора 34, входящего в состав форсирующего звена 26;

Х вЂ” координата положения шпиндельной бабки 6 относительно шкалы 30 отсчета;

l1(— шаг ходового винта 7;

R.(— активное сопротивление якорной цепи двигателя 11;

Сп, CM(конструктивные постоянные двигателя 11;

Ф (— поток возбуждения двигателя 11.

Для двигателя 12

К2 = Ro e

CzDz (6) Т((= С(Ro(e (7) (Л, + (Q + m (2) 12 = С2К02е (8) где Тг — приведенная электромеханическая

25 постоянная времени двигателя 12;

1(г — шаг ходового винта 8;

R.ã †активн сопротивление якорной цепи двигателя 12;

Сп, Смр - конструктивные постоянные двигателя 12;

Ф г — поток возбуждения двигателя 12.

По тем же зависимостям должны изменяться постоянные времени форсирующих звеньев 21 и 26 в функции положения шпиндельной бабки 6. Это достигается следующим образом. Учитывая, что

= C(Ro(e 1 (9) = C Ro e . (10)

4О

Логарифмируя уравнения (9) и (10), определим аналитические выражения для статических характеристик функциональных преобразователей 31 и 32; для функционального преобразователя 31

U2= 4 12 (12) Таким образом, поскольку изменение постоянной времени форсирующего звена 21 происходит за счет изменения активного со55 противления коллекторного перехода транзистора 35, а величина указанного сопротивления, в свою очередь, зависит от величины управляющего сигнала, поступающего на баК(= Ro(e (5) (.(,i + (ф+ тб- ) ф — (R., (((T1 1— где T(— постоянная времени форсирующего звена 21;

R(— активное сопротивление коллекторного перехода транзистора 35, входящего в состав форсирующего звена 21;

С(— емкость конденсатора 34, входящего в состав форсирующего звена 21, Т2 — КгС21 (4 ) где Тг — постоянная времени форсирующего звена 26;

R — активное сопротивление коллекторного перехода транзистора 35, входящего в состав форсирующего звена 26, и имея ввиду, что, в свою очередь где Ro(и (1(— постоЯнные паРаметРы, зависящие от типа транзистора 35, входящего в состав форсирующего звена 21

Я вЂ” управляющее напряжение на базе транзистора 35, входящего в состав форсирующего звена 21, где Ког и т) — постоянные параметры, зависясящие от типа транзистора 35, входящего в состав форсирующего звена 26;

Бг — управляющее напряжение на базе транзистора 35, входящего в состав форсирующего звена 26.

Получим уравнения, связывающие управляющее напряжение с величиной постоянной времени: для форсирующего звена 21 для форсирующего звена 26

Приравнивая правые части уравнений (1) и (7) и уравнений (2) и (8) соответственно, установим связь между координатой положения шпиндельной бабки 6 и величиной управляющего напряжения на базе транзистора 35: для второго канала упр(вления для функционального преобразователя 32

1294570

5 зу транзистора 35 с выхода функционального преобразователя 31, то требуемый закон изменения постоянной времени формируется с помощью функционального преобразователя

31, статическ-я характеристика (11) которого устанавливает связь между положением шпиндельной бабки 6 и величиной управляющего сигнала на базе транзистора 35, а следовательно, и величиной постоянной времени форсирующего звена 21. Аналогичным образом статическая характеристика (12) функционального преобразователя 32 позволяет реализовать требуемый закон изменения постоянной времени форсирующего звена 26 в функции положения шпиндельнолй бабки 6.

Величина коэффициента передачи форсирующего звена 21 остается постоянной за счет того, что управляющий сигнал с выхода функционального преобразователя 31 подается одновременно на базы обоих транзисторов 35 и 36 и при одинаковом изменении активных сопротивлений коллекторных переходов транзисторов 35 и 36 значение отношения этих сопротивлений не изменяется. По той же причине остается неизменным коэффициент передачи форсирующего звена 26.

После предварительной наладки устройства оно подготовлено к работе. Далее, при перемещениях поперечины 5 из одной позиции в другую, а также при обработке заготовок посредством подъема или опускания поперечины 5 по стойкам 3 и 4 программа требуемого движения поперечины 5 задается с помощью блока 17 ввода задания, а фактическое положение поперечины 5 определяется показаниями датчиков 13 и 14 перемещений концов поперечины. 5. При наличии расхождения между заданным и фактическим положениями левого конца поперечины 5 на выходе блока 18 сравнения появляется разностный сигнал, который с помощью цифроаналогового преобразователя 19 преобразуется из цифровой формы в напряжение. Последнее усиливается в усилителе 20, проходит через форсирующее звено 21, тиристорный преобразователь 22 и подается на электродвигатель 11, а он сообщает вращение ходовому винту 7, который, поворачиваясь, поднимает или опускает левый конец поперечины 5 до тех пор, пока сигнал на выходе блока !8 сравнения не станет равным нулю. Одновременно при наличии расхождения между заданным и фактическим положением правого конца поперечины 5 на выходе блока 23 сравнения появляется разностный сигнал, который с помощью цифроаналогового преобразователя 24 преобразуется из цифровой формы в напряжение.

Последнее усиливается в усилителе 25, проходит через форсирующее звено 26, тиристорный преобразователь 27 и подается на электродвигатель 12, а он сообщает вращение ходовому винту 8, который, поворачиваясь, поднимает или опускает правый коS !

55 нец поперечины 5 до тех пор, пока сигнал на выходе блока 23 сравнения не станет равным нулю.

Для задания одинаковой программы движения обоих концов поперечины 5 управляющий сигнал подается в оба канала управления от одного и того же блока 17 ввода задания. Однако в процессе обработки заготовок посредством подъема или опускания поперечины 5 по стойкам 3 и 4 изза различия приведенных электромеханических постоянных времени двигателей 11 и

12, вызванного перемещением шпиндельной бабки 6, возможно нарушение синхронности перемещений концов поперечины 5 (при пуске, реверсе, переходе с одной скорости на другую). Поэтому во избежание нарушения синхронности движения концов поперечины

5 в состав системы управления введены форсирующие звенья 21 и 26.

Предположим для определенности, что шпиндельная бабка 6 переместилась по поперечине 5 влево от своего среднего положения. Тогда приведенная электромеханическая постоянная времени у двигателя 1 возрастает, а у двигателя 12 — уменьшается, и в динамике левый конец поперечины 5 должен разгоняться (или затормаживаться) медленнее, чем правый конец.

Однако одновременно с перемещением шпиндельной бабки 6 изменяющийся сигнал с датчика 29 ее перемещений поступает на входы функциональных преобразователей 31 и

32. что приводит к изменению сигналов на их выходах. При этом сигнал на выходе преобразователя 31, поступающий на базу транзистора 35, уменьшается, а величина активного сопротивления коллекторного перехода транзистора 35 увеличивается, вызывая увеличение постоянной времени форсирующего звена 21. Одновременно, аналогичным образом, происходит уменьшение постоянной времени форсирующего звена 26.

За счет соответствующего формирования статических характеристик (1! ) и (12) функциональных преобразователей 21 и 26 достигается равенство приведенных электромеханических постоянных времени двигателей 11 и 12 постоянным времени соответствующих форсирующих звеньев 21 и 26 при любом положении шпиндельной бабки 6 на поперечине 5. Таким образом, изменяющийся при перемещении шпиндельной бабки 6 отрицательный фазовый сдвиг, вносимый двигателеями 11 и 12 в амплитудно-фазовые частотные характеристики системы управления, компенсируется регулируемым положительным фазовым сдвигом, вносимым в указанные характеристики форсирующими звеньями 21 и 26. Параметры остальных блоков системы управления являются постоянными, поэтому требуемые показатели качества системы обеспечиваются использованием типовых корректирующих звеньев (не показаны), входящих в состав тирисФормула изобретения риг1

Составитель A. Семенова

Редактор В. Данко Техред И. Верес Корректор Т. Колб

Заказ 428!14 Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, УК вЂ” 35, Раушская наб., д. 4, 5

Г1роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, i.л. Г!роектная, 4 торных преобразователей 22 и 27. В результате исключается влияние положения шпиндельной бабки 6 на динамические характеристики обоих каналов управления, и по отношению к рассмотренному возмущающему воздействию обеспечивается упреждающая компенсация нарушения синхронности движения концов поперечины 5 относительно стоек 3 и 4 для любого положения шпиндельной бабки 6 на поперечине 5.

В том случае, когда на САУ воздействуют другие возмущения, не связанные с изменением положения шпиндельной бабки 6 на поперечине 5 (такие возмущения, как правило, незначительны по величине и носят квазистатический характер), например, проявляет себя неидентичность элементов кинематических цепей ходовых винтов 7 и 8, предусмотрено введение корректирующего сигнала, вырабатываемого блоком 28 сравнения, в оба канала управления. Предположим для определенности, что в процессе движения поперечины 5 вверх по стойкам

3 и 4 левый конец поперечины 5 опережает правый ее конец. При этом показания датчиков 13 и 14 перемещения концов поперечины 5 становятся различными, и на выходе блока 28 сравнения появляется разностный сигнал положительной полярности.

Он поступает на инвертирующий вход блока 18 сравнения и неинвертирующий вход блока 23 сравнения, в результате чего сигнал на выходе блока 18 сравнения уменьшается, а на выходе блока 23 сравнения увеличивается. При этом скорость вращения двигателя 11 падает, а скорость двигателя

12 возрастает до тех пор, пока сигнал на, выходе блока 28 сравнения не станет равным нулю, т.е. пока координаты положений концов поперечины 5 не станут равны

1 ;

MPæäÓ собиlI. 11роцссс комис нсыции рассогласования положений концов поперечины

5 при движении ее вниз полностью аналогичен рассмотренному. Таким образом, обеспечивается согласование перемещений концов поперечины 5 при обработке заготовок.! О Устройство для синхронного перемещения рабочего органа станка, на котором расположен подвижный относительно рабочего органа узел, содержащее датчик перемещения подвижного узла, блок ввода задания, двухканальную систему управления перемещением рабочего органа, каждый канал которой включает в себя датчик перемещения рабочего органа, блок сравнения, усилитель, управляемый силовой преобразователь и двигатель, связанный кинематически с рабочим органом. причем блок ввода задания связан со входами блоков сравнения обоих каналов, а инвертиру1ощий вход первого блока сравнения первого канала и HpèíBåðòèðóþùèé вход второго блока сравнения соединены с выходом треть25 его блока сравнения, ко входам которого подключены датчики перемещения рабочего органа, отличающеес» тем, что, с цсльк> повышения динамичеоской точности, каждый канал управления снабжен функциональным преобразователем и фазоопережающим звеном с регулируемой постоянной времени, при этом фазоопережаюгцее звено включено последовательно между усилителем и управляемым силовым преобразоватслем и связано через функциональный преобразова тель с датчиком перемещения подвижного

35 узла относительно рабочего орга«а.