Устройство для программного управления

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее интерполятор, блок задания скорости, последовательно соединенные генератор импульсов, первый триггер и первый элемент И, а также датчик резьбонарезания, второй триггер, элемент задержки, элемент индикации, блок управления приводами и приводы, отличающетем ,, что, с целью повышения еся точности устройства и его упрош;ения, в него введены первый и второй блоки синхронизации, четыре триггера, девять элементов И и элемент ИЛИ, первый вход которого через второй элемент И соединен с выходом блока задания скорости я с первым входом третьего элемента И, подключенного вторьм входом к первому входу четвертого элемента И и к выходу третьего триггера, а выходом - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом интерполятора и с R-входом второго Триггера, S-вход которого подключен к входу . , Пуск устройства, а выход - .к первым входам пятого и шестого элементов И, выход шестого.элемента И соединен с S-входом четвертого триггера, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, С-входы четвертого и пятого триггеров подключены к первому выходу интерполятора, второй выход которого соединен с первым входом блока управления приводами , третий выход интерполя.тора - с первыми входами седьмого и восьмого элементов И, выход седьмого элемента И подключен к второму входу блока i управления приводами, а выход восьмого элемента И через элемент задержки соединен с R-входом третьего триггера , С-вход которого подключен к второму входу четвертого элемента И и через девятый элемент И - к выходу первого блока синхронизации, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И и с вторым входом шестого элемента И, второй вход пероо о вого блока синхронизации - с выходом датчика резьбонарезания, второй вы- 4 ход которого через второй блок синСО хронизации подключен к второму входу пятого элемента И, соединенного .выходом с S-входом пятого триггера, выход которого подключен к второму .входу девятого элемента И, второй вход второго блока синхронизации соединен с выходом десятого элемента И и с первым входом блока задания ско .рости, второй вход которого соединен с вторым входом устройства, второй вход первого элемента И и первый вход десятого элемента И соединены

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) (111

343 A (51) 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ASTOPCKOMY СВИДК.П=-ЛЬСТВУ (21) 3759084/24-24 (22) 25.05.84 (46) 23,11.85. Бюл. 9 43 (72) Э.Т. Горбенко, Л.Н. Смирнов, В.Л. 1(ошкин и С.А. Чуйкин (53) 621.503.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 651316, кл. G 05 В 19/02, 1975.

Головенков С.Н., Сирагин С.В.

Основы автоматики и автоматического регулирования станков с программным управлением. М.: Машиностроение, 1980, с. 128.

Авторское свидетельство СССР

В 601665, кл. G 05 В 19/18, 1976. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО

УПРАВЛЕНИЯ, содержащее интерполятор, блок задания скорости, последовательно соединенные генератор импульсов, первый триггер и первый элемент И, а также датчик резьбонарезания, второй триггер, элемент задержки, элемент индикации, блок управления приЙодами и приводы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства и его упрощения, в него введены первый и второй блоки синхронизации, четыре триггера, девять элементов И и элемент ИЛИ, первый вход которого через второй элемент И соединен с выходом блока задания скорости и с первым входом третьего элемента И, подключенного вторым входом к первому входу четвертого элемента И и к выходу третьего триггера, а выходом — к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом интерполятора и с R-входом второго триггера, S-вход которого подключен к входу

"Пуск" устройства, а выход — .к первым входам пятого и шестого элементов И, выход шестого элемента И соединен с S-входом четвертого триггера, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, С-входы четвертого и пятого триггеров подключены к первому выходу интерполятора, второй выход которого соединен с первым входом блока управления приводами, третий выход интерполятора — с первыми входами седьмого и восьмого. элементов И, выход седьмого элемента . И подключен к второму входу блока управления приводами, а выход восьмого элемента И через элемент задержки соединен с R-входом третьего триггера, С-вход которого подключен к второму входу четвертого элемента И и через девятый элемент И вЂ” к выходу первого блока синхронизации, первый вход которого соединен с выходом пер< вого элемента И и с вторьщ входом шестого элемента И, второй вход первого блока синхронизации — с выходом датчика резьбонарезания, второй вы-ход которого через второй блок синхронизации подключен к второму вхо ду пятого элемента И, соединенного .выходом с S-входом пятого триггера, выход которого подключен к.второму ,входу девятого элемента И, второй вход второго блока синхронизации соединен с выходом десятого элемента И

-.и с первым входом блока задания ско.рости, второй вход которого соединен с вторым входом устройства, второй вход первого элемента И и первый вход десятого элемента И соединены

1193643 с выходом генератора импульсов, второй вход десятого элемента И подключен к второму выходу первого триггеИзобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в устройствах числового программного управления токарными станками и другим 5, технологическим оборудованием, которое реализует операцию резьбонарезания.

Целью изобретения является повышение точности нарезания резьб с 1О большим шагом при одновременном упрощении благодаря использованию интерполятора тока устройства .и его блока задания скорости для равномерного заполнения импульсами промежутка между импульсами датчика резьбонарезания с соответствующей синхронизацией.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — вариант исполнения схем синхронизации; на фиг. 3 — вариант выполнения блока задания скорости; на фиг. 4 — вариант выполнения интерполятора; на фиг. 5 — временная диаграмма работы устройства.

Устройство (фиг. 1) состоит из интерполятора 1, блока 2 задания ско-. рости, блока 3 управления приводами, приводов 4, датчика резьбонарезания

5, блоков 6 и 7 синхронизации,Х-Kтриггеров 8-11, R-S-триггеров 12 и

13, элементов И 14-23, элемента ИЛИ

24, генератора 25 импульсов, элемента 26 индикации, элемента 27 задержки.

Блок синхронизации (фиг. 2) содержит элемент ИЛИ 28, RS-триггеры

29 и 30, элемент И 31, элемент АЕ 32.

Блок 2 задания скорости (фиг. 3) содержит накапливающий сумматор 33, блок 34 ключей и регистр 35. Интерполятор (фиг. 4) содержит элемент

НЕ 36, элементы И 37-40, элемент

НЕ 41, накапливающий сумматор 42, блоки ключей 43 и 44, регистры 45 и

46, вычитающие счетчики 47 и 48, ра, а выход четвертого элемента И через пятый триггер соединен с элементом индикации.

Предлагаемое устройство работает в двух режимах: интерполяции и резь- бонарезания.

В режиме интерполяции в устройстве имеется потенциал интерполяции (Q 33), который вырабатывается центральным устройством управления (не показано). Сигнал предварительной установки сбрасывает в "0" триггеры

8-13. Информация с выхода вводного устройства (не показано) распреде— ляется по блокам следующим образом: в интерполятор 1 заносится код приращения 6 х, Ь я (при линейной интерполяции), в блок 2 задания скоростикод подачи F. По сигналу Пуск триггер 12 устанавливается в единичное состояние и единичный потенциал с его выхода поступает на входы элементов И 14 и 19. В этом режиме элемент 14 закрыт, так как отсутствует сигнал режима резьбонарезания

G 33. На элементе И 19 имеется потенциал режима интерполяции G 33, поэтому с приходом импульса частоты Е1 Hà его третий вход. он открывается„ и его выходной сигнал устанавливает в "1" триггер 11.

Частоты формируются элементами И 22

О и 23, сдвинутыми на 180 путем деления с помощью триггера 11 частоты генератора 25. Как только триггер

11 устанавливается в состояние " 1", открывается элемент И 18 и импульсы частоты f соответствующей заИ данной скорости подачи с выхода блока 2 задания скорости начинают поступать через элемент ИЛИ 24 на .вход аргумента интерполятора 1 °

Первый же импульс с выхода.элемента ИЛИ 24 сбрасывает в "0" триггер 12, поэтому закрывается элемент

И 19 и повторные запускающие сигналы на вход триггера 11 не приходят.

Так как элемент И 19 запитан часто;) той f, а блок задания скорости ра1193643 ботает на частоте f, то в момент переключения в единицу триггера 11 урезания импульса на выходе элемента

И 18 не происходит. Интерполятор 1 начинает отрабатывать заданные перемещения и его выходные сигналы по координате непосредственно, а по координате .х через элемент И 20, от-. крытый сигналом G 33, поступают на входы блока 3 управления приводами, который формирует управляющие аналоговые сигналы, которые поступают на вход приводов 4, Приводы 4 отра- . батывают заданную программу. Так продолжается до тех пор, пока заданное перемещение не будет отработано до койца. Тогда интерполятор 1 формирует сигнал окончания отработки, который поступает на синхропривод триггера 11, и своим задним фронтом сбрасывает его в "0". Прохождение частоты через элемент И 18 на вход интерполятора 1 прекращается. Заданный кадр программы отработан.

В режиме резьбонареэания устрой ство работает следующим образом. В интерполятор 1 заносится длина ,, резьбы gL2 шаг резьбы К, а в координату х -. число <, равное количеству импульсов, формируемых на входе датчика 5 за один оборот шпинделя.

В блок 2 задания скорости заносится код подачи, равной подаче, которая будет при нареэании резьбы заданного шага при заданных оборотах.

Код подачи вычисляется по формуле;

Р = и К1, где F — - .код подачи, и— число оборотов в минуту, К вЂ” mar резьбы мм/оборот. В устройстве присутствует потенциал резьбонарезания

С 33 и отсутствует потенциал интерполяции 6 33. По сигналу "Пуск" триггер 12 устанавливается в состояние "1". При этом его выходной сигнал открывает по второму входу элемент И 14, по первому входу открытый потенциалом G 33..Импульсы частоты маркера ЕФ, которые в рабатыв ся один .раз за оборот шпинделя, поступают на вход схемы 6 синхронизации, где синхронизируются частотой Е

Первый же после переключения триггера 12 в единицу маркерный импульс проходит через элемент И 14 и устанавливает в "1" триггер 8. Единичный выходной сигнал триггера 8 открывает элемент И 15. Поэтому импульсы частоты датчика через схему 7 синхрони15 зации, где они синхрониэируются ,частотой f, и элемент И 15 поступают на синхровход триггера 9 и на вход. элемента И 17. Однако .элемент

И 17 закрыт нулевым потенциалом с выхода триггера 9. Триггер 9 переключается в состояние "1" по заднему фронту синхроимпульса. ЕдиничньИ потенциал с выхода .триггера 9 посту-пает на входы элементов И 16 и 17.

Поэтому импульсы частоты f с выхода блока 2 задания скорости через элемент И 16 и элемент ИЛИ 24 поступают ,на вход интерполятора 1 и, кроме того, на R-вход триггера 12, причем первый же импульс сбрасывает триггер 12 в "0", что исключает возможность повторных пусков. Интерполятор начинает отработку, при этом импульеы по координате z поступают в блок 3 управления приводом в то время, как выходные сигналы по коор.динате х — в блок 3 управления при25 водом не поступают, так как элемент

И .20 закрыт ввиду отсутствия потенциала G 33, а открыт элемент И 21, и с его выхода импульсы с координаты х поступают Hà R-вход триггера

9 и сбрасывают его в "0". При нормальной работе устройства в этом режиме код F определен правильно, частота f на выходе блока 2 достаи точно высока, то до прихода на синхровход триггера 9 очередного

З5 импульса с выхода датчика, на вы ходе координаты х интерполятора будет сформирован импульс, который через элемент И 21 и элемент задержки 27 сбросит в "0" триггер 9 и, 4" следовательно, закроет элемент И 16 и прекратит поступление импульсов частоты f „ на вход;интерполятора, до тех пор, пока очередной импульс частоты f не переключит в единицу

45 триггер 9. Благодаря наличию. такой связи выходная частота по координате х оказывается равной частоте датчика f . Но,в координату х запи5О сан код с числа отсчетов датчика 5 зл оборот шпинделя, а в координату

2 шаг резьбы, следовательно, пока датчик 5 сделает один оборот, на выходе х интерполятора 1 будет ( импульсов, а на выход по координате

2 пройдет K импульсов, что соответствует заданному шагу. Основным преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным яв.S 11 ляется то, что максимальный нарезаемый шаг в известном устройстве не может быть больше, чем Ч О, где о — цена импульса, а в предлагаемом устройстве шаг может быть значительно больше, так как на вход интерполятора проходят не импульсы

f, а импульсы блока 2 задания скорости, при этом равномерность следования выходных импульсов достаточно высока, так как их частота не случайна, а определенна по приведенной выше формуле, Поясним это примером. Пусть мы имеем датчик с числом отсчетов эа один оборот 1000.

Ценз импульса о = 0,001 .мм. Тогда максимальный шаг резьбы, которую

МохНо нарезать с помощью известного устройства, составит 1000 х х 0,001 1 мм. Положим мы хотим . нарезать резьбу с шагом 5 мм. Тогда, используя предлагаемое устройство, мы должны запрограммировать g 100, К = 5000, если число оборотов шпинделя n 600 об/мин, то Р и К

-600 5 - 3000 /мин.

П р и м е ч а н и е . формула

„ справедлива при интерполяторе, выполненном по схеме с принудительным . шагом по большей координате. В случае использования интерполятора с поочередным шагом формула примет вид

F=n.К+nÊ

Ц»

93643

В этом случае произойдет искажение заданного шага (шаг будет меньше заданного), тогда импульс с выхода элемента И 15 пройдет через элемент

И 17 (на фиг. 5 сигнал "Сбой" ) и установит в "1" триггер 13. При этом включается индикаторный элемент.

Кроме неправильного расчета кода по" дачи сигнал "Сбой" вырабатывается

35 и в случае большой девиации частоты

fg, которая возникает в результате биения в механической пепи шпиндель — датчик. Наличие ошибки в программировании и недопустимой девиации необходимо контролировать при холостом прогоне детали. Блокировку подачи с помощью сигнала "Сбой" производить не следует, так как в режиме резьбонарезания останов подачи может привести к поломке инструмента и браку детали, так что меньшей неправильностью будет брак детали из-за меньшего шага резьбы. Синхронизация в цепи маркера служит для того, чтобы резец попал в ту же нитку при последующих проточках, так как стоимость быстродействующего фазоимпульсного преобразователя превышает 500 руб. В то время, как стоимость дополнительных элементов согласно предлагаемого устройства не превышает 15 руб. При годовой програм- ме одного предприятия экономия составит 48500 руб.

Для упрощения понимания изобретеК = К

1 где К -, шаг, мм; .n — обороты, мин;

Ц» — число отсчетов датчика;

К вЂ” код шага заносимого в ин1

9 терполятор;

1 тогда Р 6000 ° 5 + .6000—

= 3600 мм/мии.

На фиг. 5 приведена временная диаграмма работы устройства для случая, рассмотренного в примере, т.е. когда ф 1000 ° К = 5000 (шаг 5 мм), 3 = 0,001 мм интерполятор с принудительным шагом по большей координате. Как видно из фиг. 5, в случае неправильного определения кода подачи F, возможна ситуация, что следующий импульс частоты (импульс нарисован пунктиром) придет раньше, чем выработан импульс по координате х.

55 ния и подтверждения воспроизводимости приведены в варианте принципиальная схема блоков 6 и 7,синхронизации (фиг. 2), блока 2 задания скорости (фиг. 3), интерполятора 1 с принудительным шагом по большей координате (фиг. 4).

Как видно из фиг. 2, в блоке синхронизации возможно первоначально сигналом предварительной установки (ПУ) триггер 30 непосредственно, а триггер 29 через элемент ИЛИ 28 сбросить в "0". Командный импульс частоты f g или fm поступает на

С-вход триггера 29 и устанавливает

его в "1".

Потенциал с единичного выхода триггера 29 поступает на О-вход триг. гера 30. С приходом на вход С этого триггера переднего фронта синхрониэирующей частоты f, который соответствует заднему фронту частоты f триггер 30 переключается в состоя7 11936 ние единицы. Поэтому следующий импульс частоты Е пройдет через элемент И 31 на выход схеиы синхронизации и одновременно через элемент . ИЛИ 28 сбросит в "0" триггер 29.

По переднему фронту следующего иипульса частоты триггер 30 сбросится в

"0" так как на его 0-входе будет нулевой потенциал с выхода триггера

29. Следовательно, на один синхрон- 10 ный импульс на С-входе триггера 29 схема форлырует равно один импульс, синхронный с частотой на выходе элемента И 31, что и- требуется от схеиы синхронизации. 15

Блок 2 задания скорости (фиг. 3) работает следующим образом: в регистр 35 заносится код подачи F в прямом коде. На выходе иы долины получить частоту Е1,, пропорциональную 20 коду в мм/мин. Тогда кашдый импульс на управляющем входе блока ключей

34 обеспечивает перезапись кода F с выхода регистра 35 в накапливающий суиматор 33, который осуществляет 25 последовательное суммирование кодов.

Импульсы переполнения сумматора и являются выходными сигналами блока.

Поясним это примером. Пусть F = . =12000 мм/мин,что при цене импульса З0

Р 0,001 ии соответствует частоте

200 кГц. Пусть период накапливающего сумматора 33 равен 20000. Тогда коду

12000 будет соответствовать коэффициент деления К = 12000:20000. Тогда,З чтобы при коде Р 12000 частота на

- выходе блока была равна 200 кГц, на

его входе частота долкна быть

200 ° = 333 кГц.

12000

Интерполятор работает по оценочной функции .

Г13 ХК 3j-ЕК Х;, 45 где Х„, 4 „ — координаты конечной точки интерполируеиой прямой.

При такой функции при Р > 0 надо делать шаг по оси х, при этом новое значение функции равно F, = Р; - гк.

43- 8

При F «: 0 надо делать шаг по оси z при этом новое значение функции е ; +Х..

Поскольку интерполятор, приведенный на фиг. 4, выполнен по схеме с принудительным шагом по большей координате, то в случае, например, x p z после шага по х необходимо корректи- . ровать функцию на величину z после двойного шага по х и z необходимо корректировать функцию на величину хк . гк.

Перед началом работы в регистр 45 в дополнительном коде заносится величина z, а в регистр 35 в прямом коде величина хк- гк. В вычитающие счетчики 48 и 47 заносятся соответственно величины хк г . Сумматор 42 . сбрасывается с "0 . Так как счетчики не в нулях., то нулевой сигнал с выхода элемента И 40.инвертируется элементом НЕ 36 и открывает элемент И 37. Импульсы частоты Е„- начинают поступать с выхода элемейта И 37 на входы. элементов И 38 и 39, на вход счетчика 48 и выход по координате х.

Так как в первый момент F . 0 то в соответствии с приведенныи выше алгоритмом, открывается элемент

И 38 его входной сигнал открывает блок ключей 43 и s накапливающий сумматор 42 заносится дополнительный код г, что эквивалентно операции.

Знак оценочной функции меняется, и с приходом следующего импульса он не только поступает на вход счетчика 48 и выход по координате х, но такие через элемент И 39 поступает на вход счетчика 47, выхоц интерполятора по оси z и вход блока ключей 44, при этом код хк — г„заноси1ся в накапливающий сумматор 42, в результате чего оценочная функция вновь меняет знак.

Так, в зависимости от знака оценоч-ной функции, циклы будут. чередоваться до тех пор, пока оба счетчика 48 и 47 не окажутся в нуле и на выходе элемента И 40 не появится единичный сигнал, который через элемент НЕ 36. закроет элемент И 37.

1193643

1193643

1193643

Составитель И. Швец

Техред М. Пароцай

Корректор О. Луговая

Редактор В. Иванова

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

Заказ 7313/50 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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