УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОГЛАСОВАНИЯ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СТАНКОВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОГЛАСОВАНИЯ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СТАНКА
Предлагаемая полезная модель относится к области станкостроения и может быть использована для согласования формообразующих перемещений рабочих органов высокоскоростных металлорежущих и других станков повышенной точности.
В настоящее время устройства для согласования формообразующих перемещений рабочих органов станка известны. К ним относится, например, устройство, описанное в книге «И.Т. Гусев и др. Устройства числового программного управления. - М.: Высшая школа, 1986» на стр. 144 (рис. 10.4). Это устройство предназначено для согласования перемещений, обеспечиваемых регулируемым и шаговым приводами. Регулируемый привод с импульсным датчиком вращения, выход которого через узел управления, представляющий собой, по существу, программируемый делитель частоты, соединен с шаговым электроприводом. При вращении регулируемого привода датчик, отсчитывающий его угол поворота, передает импульсы на шаговый двигатель, заставляя его вращаться быстрее или медленнее, чем регулируемый привод, в соответствии с заданным коэффициентом деления программируемого делителя частоты. При этом соотношение скоростей сохраняется постоянным. Данное устройство, являющееся аналогом предлагаемого, обладает простотой и достаточно высокой надежностью, однако оно имеет существенный недостаток. Оно пригодно только для случая, когда один привод любой, а другой обязательно шаговый. Если требуется согласовать перемещения регулируемых приводов (они обладают большей плавностью работы, а потому в настоящее время вытесняют шаговые), то оно оказывается практически неприемлемым. Указанного недостатка лишено устройство, описанное в работе «Либерман Я.Л. Система согласования формообразующих движений в станках с ЧПУ / Вестник УГТУ-УПИ №3 (11), Екатеринбург, 2000» на стр. 23. Это устройство, принятое нами за прототип, содержит программируемый делитель частоты, выполненный с возможностью подключения своим входом к выходу импульсного датчика вращения привода перемещения первого рабочего органа станка, преобразователь «частота-напряжение», вход которого соединен с выходом программируемого делителя частоты, триггер-дискриминатор, первый вход которого соединен со входом преобразователя «частота-напряжение», и сумматор напряжений, первый вход которого напрямую соединен с выходом преобразователя «частота-напряжение», второй вход через сглаживающий фильтр соединен с выходом триггера-дискриминатора, при этом триггер-дискриминатор выполнен с возможностью подключения своим вторым входом к выходу импульсного датчика вращения привода перемещения второго рабочего органа станка, а сумматор выполнен с возможностью подключения своим выходом к управляющему входу привода перемещения второго рабочего органа станка.
Устройство-прототип предназначено для согласования перемещений, осуществляемых регулируемыми приводами, например, постоянного тока или асинхронными частотно-регулируемыми. Работает оно следующим образом.
Управляющим сигналом напряжения приводу перемещения первого рабочего органа задается его требуемая скорость вращения. Импульсный датчик вращения привода перемещения первого рабочего органа станка формирует последовательность импульсов, частота которых соответствует этой скорости. Проходя через программируемый делитель частоты и преобразователь «частота-напряжение», эта последовательность превращается в сигнал, задающий скорость привода перемещения второго рабочего органа станка, требуемую для обеспечения формообразования детали на станке при заданной скорости привода перемещения первого рабочего органа станка. Импульсный датчик вращения привода перемещения второго рабочего органа станка при этом формирует последовательность импульсов, частота которых должна быть равна частоте импульсов, получаемых на выходе программируемого делителя. Если это действительно так, то приводы работают вполне согласованно. Если же (например, из-за колебаний нагрузки на привод перемещения второго рабочего органа станка) согласованность нарушается, то импульсный датчик перемещения второго рабочего органа станка будет выдавать импульсы с частотой, отличающейся от частоты импульсов, поступающих от программируемого делителя. Разница частот в таком случае будет определена триггером-дискриминатором, который выдает пульсирующий сигнал, пропорциональный ей. Этот сигнал после сглаживания фильтром поступит на второй вход сумматора и скорректирует напряжение управления приводом перемещения второго рабочего органа станка так, чтобы согласованность восстановилась.
1
2
Устройство-прототип является универсальным, может применяться для любых регулируемых приводов, но имеет существенный недостаток. Программируемый делитель частоты - электрическая схема, которая, как правило, обеспечивает деление частоты на целое число, а потому точное требуемое передаточное отношение устройства , где ω и ω - угловые скорости соответствующих приводов, оно обеспечивает не всегда. Зачастую оно позволяет его настроить лишь приближенно, с большой погрешностью.
Задачей разработки предлагаемой полезной модели является повышение точности устройства за счет увеличения точности его настройки.
Технически решение задачи достигается тем, что устройство согласования формообразующих перемещений рабочих органов станков, содержащее, первый программируемый делитель частоты, выполненный с возможностью подключения своим входом к выходу импульсного датчика вращения привода перемещения первого рабочего органа станка, преобразователь «частота-напряжение», триггер-дискриминатор, первый вход которого соединен со входом преобразователя «частота-напряжение», и сумматор напряжений, первый вход которого напрямую соединен с выходом преобразователя «частота-напряжение», второй вход через сглаживающий фильтр соединен с выходом триггера-дискриминатора, при этом триггер-дискриминатор выполнен с возможностью подключения своим вторым входом к выходу импульсного датчика вращения привода перемещения второго рабочего органа станка, а сумматор выполнен с возможностью подключения своим выходом к управляющему входу привода перемещения второго рабочего органа станка, дополнительно снабжено вторым программируемым делителем частоты, выполненным с возможностью подключения к выходу импульсного датчика вращения привода перемещения первого рабочего органа станка параллельно первому программируемому делителю частоты, двухвходовым блоком синхронизации, первый вход которого соединен с выходом первого программируемого делителя, а второй вход - с выходом второго программируемого делителя, первым, вторым и третьим двухвходовыми логическими элементами И, инвертором, RS-триггером, двухвходовым логическим элементом ИЛИ, усреднителем частоты импульсов и шиной управления. При этом первый вход первого элемента И соединен с первым входом второго элемента И и со вторым выходом блока синхронизации, второй вход первого элемента И через инвертор, а второй вход второго элемента И напрямую соединены с шиной управления, первый выход блока синхронизации соединен с первым входом третьего элемента И и с первым входом RS-триггера, инверсный выход RS-триггера соединен со вторым входом третьего элемента И, выход первого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен со вторым входом RS-триггера, выход третьего элемента И соединен со вторым входом элемента ИЛИ, а выход элемента ИЛИ через усреднитель частоты соединен со входом преобразователя «частота-напряжение».
Схема предлагаемого устройства согласования формообразующих перемещений приведена на фиг. 1. Она содержит привод перемещения первого рабочего органа станка 1 и привод перемещения второго рабочего органа станка 2, импульсный датчик вращения привода перемещения первого рабочего органа станка 3 и импульсный датчик вращения привода перемещения второго рабочего органа станка 4, первый программируемый делитель частоты 5, вход которого соединен с выходом импульсного датчика вращения привода перемещения первого рабочего органа станка, преобразователь «частота-напряжение» 6, триггер-дискриминатор 7, первый вход которого соединен со входом преобразователя «частота-напряжение», а второй вход - с выходом импульсного датчика вращения привода перемещения второго рабочего органа станка, сумматор напряжений 8, первый вход которого напрямую соединен с выходом преобразователя «частота-напряжение» 6, второй вход через сглаживающий фильтр 9 соединен с выходом триггера-дискриминатора 7, а выход соединен с управляющим входом привода перемещения второго рабочего органа станка 2. Кроме того, оно снабжено вторым программируемым делителем частоты 10, подключенным к выходу импульсного датчика вращения привода перемещения первого рабочего органа станка 3 параллельно первому программируемому делителю 5, двухвходовым блоком синхронизации 11, первый вход которого соединен с выходом первого программируемого делителя, а второй вход - с выходом второго программируемого делителя, первым 12, вторым 13 и третьим 14 двухвходовыми логическими элементами И, инвертором 15, RS-триггером 16, двухвходовым логическим элементом ИЛИ 17, усреднителем частоты импульсов 18 и шиной управления 19. При этом первый вход первого элемента И 12 соединен с первым входом второго элемента И 13 и со вторым выходом блока синхронизации 11, второй вход первого элемента И 12 через инвертор 15, а второй вход второго элемента И 13 напрямую соединены с шиной управления 19, первый выход блока синхронизации 11 соединен с первым входом третьего элемента И 14 и с первым входом RS-триггера 16, инверсный выход RS-триггера соединен со вторым входом третьего элемента И 14, выход первого элемента И 12 соединен с первым входом элемента ИЛИ 17, выход второго элемента И 13 соединен со вторым входом RS-триггера 16, выход третьего элемента И 14 соединен со вторым входом элемента ИЛИ 17, а выход элемента ИЛИ через усреднитель частоты 18 соединен со входом преобразователя «частота-напряжение» 6.
1
2
1
Перед эксплуатацией систему настраивают. При этом программируемый делитель частоты 5 используют как основной, а программируемый делитель частоты 10 как корректирующий. В первый вводится коэффициент деления К - округленное до целого число , а во второй - К (он, как правило, на порядок и более превышает К), уточняющий i - приближающий его к неокругленному значению с «плюсовой» или «минусовой» стороны. Далее, в зависимости от того, с какой стороны должно производиться уточнение, на шину 19 подается сигнал «0» или «1» (первый, если требуется уточнение в «плюс», второй, если в «минус»). Триггер 16 затем устанавливают в исходное состояние, при котором на его инверсном выходе имеет место логическая «1».
1
2
2
После этого систему можно запускать в действие. Для этого на привод перемещения первого рабочего органа станка 1 подается задающее напряжение U. Привод 1 начинает вращаться, что влечет за собой появление импульсов на выходе импульсного датчика вращения 3. Они проходят через делители частоты 5 и 10 и поступают на выходы блока синхронизации 11. Последний (он имеет общеизвестную конструкцию: см. книгу «И.Т. Гусев и др. Устройства числового программного управления», упоминаемую выше, стр. 74) смещает входные импульсы во времени так, чтобы они не накладывались друг на друга. Импульсы с первого выхода блока 11 поступают на элемент 14 и проходят через него на элемент 17, так как триггер 16 выдает в это время сигнал «1». Если на шину 19 при этом подан «0», то со второго выхода блока синхронизации И импульсы поступают на элемент И 12, а так как инвертором 15 «0» преобразуется в «1», и этот сигнал тоже поступает на элемент 12, то импульсы от блока синхронизации проходят на элемент 17 и вписываются в последовательность импульсов, поступающую на этот элемент от элемента 14, тем самым корректируя ее в «плюс». Если на шину 19 подан сигнал «1», то импульсы со второго входа блока синхронизации будут проходить через элемент И 13 на триггер 16. При этом будет происходить следующее. Импульс от элемента 13 заставит триггер 16 подать на элемент И 14 не «1», а «0». Поэтому следующий за ним (по времени) импульс с первого входа блока 11 через элемент 14 не пройдет. Но этот следующий импульс вернет триггер 16 в исходное состояние, поэтому до прихода очередного импульса со второго выхода блока 11 на триггер 16, импульсы с первого выхода блока 11 через элемент 14 проходить будут. Как только со второго выхода блока 11 снова поступит импульс на триггер 16, ситуация повторится. В результате каждый импульс, идущий от второго выхода блока 11, будет удалять один импульс из последовательности импульсов, идущей от первого выхода этого блока, корректируя ее «минус». Скорректированная последовательность импульсов с элемента 17 поступает далее в усреднитель 18. Он может быть выполнен в виде общеизвестной схемы, например, одной из описанных в книге «В.И. Шляпоберский. Основы техники передачи дискретных сообщений. - М.: Связь, 1973, стр. 126-128». После усреднителя импульсы поступают в преобразователь 6, преобразуются в напряжение, которое, проходя через сумматор 8 и приобретая значение U, заставляет вращаться привод перемещения второго рабочего органа станка 2 со скоростью, соответствующей настройке системы. Импульсный датчик вращения привода перемещения второго рабочего органа станка 4 при этом выдает импульсы с частотой, так же соответствующей настройке, а если скорость привода 2 начнет отклоняться от требуемой, то с помощью триггера-дискриминатора 7 отклонение будет определено, преобразуется с помощью фильтра 9 в сигнал устранения отклонения, который выполнит свою функцию, поступив на сумматор 8 и исправив сигнал U.
Таким образом, предложенное устройство обеспечивает поддержание настроенного соотношения скоростей приводов, перемещения которых согласуются, так же, как в прототипе, но точность настройки существенно увеличивает. Как показали расчеты, предложенная схема позволяет обеспечить практически точную настройку любого, необходимого при эксплуатации станков, согласования перемещений рабочих органов. Указанное повышение точности представляет собой технический результат предложения.