Файл: Корытин, А. М. Оптимизация управления металлорежущими станками.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 110

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Базовые

и

коллекторные напряжения каждого

составного

транзистора

синфазны, а полярность базовых напряжений (U

и 02) выбрана

таким образом, что транзисторы открыты в те

полупериоды,

когда на них подаются коллекторные

напряже­

ния (t/Ki, Uk2). Поэтому при отсутствии напряжения на потен­ циометре R\ (см. рис. 57) оба составных транзистора отперты и реле и включены. При балансе напряжения на входе оба составных транзистора будут заперты и реле отключены.

Изменение сигнала UBX вызывает уменьшение одной из по­ луволн управляющего напряжения Uy и появление отпирающе­ го напряжения на базе соответствующего составного транзисто­ ра, например Uбь который отпирается и включает реле , вы­

рабатывающее командный сигнал. При

изменении

входного

сигнала

UBX в другом направлении

отпираются транзисторы

1314,

срабатывает реле 2Р, посылая

командный

сигнал

Uвых2- Для сглаживания пульсаций

токов

1\ и /2 в обмотках

реле и параллельно последним включены электролити­ ческие конденсаторы С1 и С2.

При стабилизации сигнала датчика дебаланс напряжения на входе усилителя, уменьшается, обе полуволны выходного на­ пряжения Uу становятся равными, составные транзисторы 11 — 12 и 13 — 14 оказываются запертыми по базе, а реле 1Р, 2Р обесточенными, и подача командных сигналов прекращается.

Если показатель критерия качества, соответсвующий нулевой величине дебаланса на входе усилителя, обозначить через U0, а текущее значение сигнала обозначить через U(t), то реле сработает при выполнении неравенства

Н0 — U (t) — А > О,

где А — порог чувствительности схемы. Реле срабатывает при

U 0- U ( t ) + A < 0.

Закон регулирования приведенной схемы:

U = a sign (U0 — U(t)± А) d[i dt

где a — постоянная величина.

В качестве приборной следящей системы применен элек­ тронный потенциометр ЭПВ2-11А с пределами измерения 0— 35 мВ. Надежное срабатывание реле IP, 2Р обеспечивалось при подаче на вход электронного потенциометра приращения сигнала, равного 0,08 мВ. Вращение подвижной шкалы потен­ циометра начиналось при подаче его на вход приращения сиг­ нала, равного 0,12 мВ.

Таким образом, работа сигнум-реле оказывается возможной ;в пределах порога чувствительности электронного потенциомет­

135


ра при любом медленном изменении входного сигнала. Осцил­ лограммы работы сигнум-реле приведены на рис. 57,6, в. Виб­ ратор 1 записывает выходной сигнал датчика объекта регули­ рования, вибратор 2 записывает напряжение на входе транзи­ сторного фазочувствительного устройства. Состояние контактов реле и фиксируют вибраторы 3 и 4. Вибратор 5 отмечает масштабы времени, при этом интервал между двумя импуль­ сами соответствует 0,01 с. Сигнал датчика, равный 20 мВ, пода­

вали на вход электронного потенциометра и

сообщали

ему

скачком положительные приращения, равные

0,2 мВ (рис.

57,

б) и 0,4 мВ (рис. 57, б), т. е. соответственно

изменяли на

1 и

2%. После отработки системой ошибки слежения и возврата сигнум-реле в исходное положение выходной сигнал датчика объекта регулирования скачком получал отрицательные прира­ щения той же величины, что и положительные. Быстродействие сигнум-реле зависит от величины входного сигнала и составляет 0,07—0,15 с, время отработки ошибки слежения при этом равно 0,30—0,45 с. В модифицированном варианте сигнум-реле взамен реле IP, использовали бесконтактные релейные элементы серии «Логика» типа Т202.

2. Датчик производительности

Одним из основных датчиков рабочей информации системы экстремального управления электроприводом металлорежущего станка является датчик производительности резания. Рассмат­ риваемый датчик [43, 51] дает возможность получить электри­ ческий сигнал, пропорциональный производительности резания, оцененной объемом стружки, снимаемым в единицу времени, а также поверхностью, обработанной в единицу времени. Для работы датчика необходимо измерять: частоту вращения шпин­ деля, скорость подачи суппорта, диаметр заготовки перед обра­ боткой и после нее.

Наиболее перспективны бесконтактные способы измерения диаметра заготовки в процессе обработки. Бесконтактный спо­ соб измерения размеров может быть основан на изменении индуктивного сопротивления катушек индуктивного датчика•в. зависимости от воздушного зазора между магнитопроводом датчика и якорем-деталью. Такое устройство разработано фир­ мой Brown Bowery [52]. Диаметр обрабатываемой детали из ферромагнитного материала измеряют бесконтактно П-образ- ным индуктивным датчиком, установленным относительно дета­ ли с воздушным зазором 0,5—1 мм. Якорем датчика служит поверхность детали. Отклонение диаметра обработки вызывает изменение воздушного зазора и, следовательно индуктивности датчика. Измерительная схема преобразует эти изменения в электрический сигнал, пропорциональный величине воздушного

136


зазора, т. е. в сигнал, несущий информацию о диаметре обра­ ботки. Если колебания измеряемого диаметра превышают вели­ чину воздушного зазора, то для сохранения работоспособности измерительного устройства необходимо, чтобы выходной сигнал датчика воздействовал на серводвигатель следящей системы. Серводвигатель перемещает сердечник датчика таким образом, чтобы воздушный зазор между его полюсными наконечниками и деталью оставался ' неизменным.

В этом случае информа­ ция о размере детали вы­

рабатывается

 

сельсином,

 

 

механически

связанным с

 

 

серводвигателем. Устрой­

 

 

ство

дает

возможность

 

 

измерять диаметры

дета­

 

 

лей с точностью до сотых

 

 

долей

миллиметра.

 

 

 

Принцип действия раз­

 

 

работанного

в

Одесском

 

 

СКВ

специальных

стан­

 

 

ков датчика

 

производи­

 

 

тельности * также

осно­

Рис.

59. Принципиальная электрическая

ван на применении индук­

схема

датчика производительности

тивных

датчиков.

 

 

 

На

рис. 59

показана принципиальная электрическая схема

датчика. Объем металла, снимаемого резцом за единицу време­ ни с поверхности цилиндрической детали:

Q0 = nsM(R2— г2) см3/мин,

где sM— скорость перемещения (подача) резца вдоль детали, см/мин; R — радиус* детали до обработки, см; г — радиус детали после обработки, см.

Индуктивными датчиками 1ИД, 2ИД- бесконтактно измеря­ ют радиусы детали до обработки резцом и после обработки. Напряжения, снимаемые с части сопротивлений Rl, R2 прямо­ пропорциональны воздушным зазорам между индуктивными датчиками 1ИД, 2ИД и поверхностями детали до и после обра­ ботки резцом:

U ir — k8x; U2r = kbz.

Индуктивные датчики выставлены относительно линии цент­ ров станка на расстояние Я, пропорционально которому сни-

* Шапарев Н. К. Устройство для автоматического контроля объема сни­ маемой стружки «Бюллетень изобретений». Авт. свид. № 179947. Кл. 42 в,

22/06, 1966, № 6,6 с.

137


мается напряжение с сопротивления R12 и подается на первич­ ные обмотки трансформаторов IT, 2Т. Таким образом, напряже­ ния, действующие на сопротивлениях:

U rs =

U r \ = k ( H 8j) — kR;

Urq = Urw UR2 — k(H — 62) = kr.

Силы токов, протекающих по цепочкам R5, R7, В1 и R6, R8, В2 являются функцией нелинейных сопротивлений R5, R6 и находится в квадратичной зависимости от приложенных на­ пряжений:

/д5 = k\U%b —■k2R2',

Ir6 = h U% = k2r2.

Сила тока, протекающего через сопротивление R11, которое находится в диагонали дифференциальной схемы:

I r w = Ы ь I r &= k 2 (R2— г2).

Напряжение, снимаемое с части сопротивления R11 . на множительный блок МБ:

V m i = k 3{R2- r 2).

С сопротивления R11 на вход множительного блока МБ поступает напряжение, пропорциональное скорости перемещения резца вдоль обрабатываемой детали:

^«13 — k^s.

Напряжение на выходе множительного блока

и вых = k6URi1URl3 = kes (R2— г2),

которое пропорционально объему металла, снимаемому с де­ тали резцом. При эксцентриситете детали, а также при откло­ нении ее от формы цилиндра до обработки резцом производи­ тельность станка изменяется во времени с периодом, зависящим от частоты вращения детали. При этом сигнал на выходе индук­ тивного датчика 1ИД также периодически изменяется во вре­ мени.

При обработке деталей из немагнитных материалов, а также при обработке заготовок диаметром менее 80 мм описанное устройство путем несложной перекомпоновки элементов схемы может быть приспособлено для контроля производительности станка по обработанной в единицу времени поверхности. Для этого необходимо отключить измерительную часть схемы (трансформатор Т и индуктивные датчики), одно из плеч диф­

ференциальной схемы

(например, выпрямительный мостик В2)

и установить делитель

напряжения R12 в положение, соответ­

ствующее

диаметру

обработанной поверхности детали. Естест-

- венно, что при этом

не будет учитываться изменение диаметра

обработки,

происходящее, например, за счет износа резца.

138


Определим диапазон измерений индуктивных датчиков уст­ ройства. На рис. 60, а и б. показана схема магнитной цепи индуктивного преобразователя. Сердечник с двумя полюсными наконечниками и якорь-деталь образуют магнитопровод индук­ тивного датчика. Магнитный поток проходит через него и два воздушных зазора 6. Для упрощения расчета можно пренебречь

Рис. 60. Схемы магнитной цепи (б) и проводимостей воздушного зазора (а) индуктивного преобразователя

падением магнитных потенциалов в воздушных зазорах между сердечником и полюсными наконечниками и в стали — величи­ нами малыми сравнительно с падением потенциала в рабочих воздушных зазорах б. Кроме этого, не учитываем кривизну якоря под полюсным наконечником, поскольку радиус детали намного больше ширины полюсного наконечника. В этом случае суммарная проводимость воздушных зазоров, вычисленная ме­ тодом разбивки поля на простые фигуры (рис. 60, б):

Gs — ду- [G i + 4 (G2 + G3 +

G4 + G6'*],

(47)

где

Gi — проводимость

призмы

между полюсными

наконечни­

ком

и якорем;

G2 — проводимость четверти .цилиндра; G3—

проводимость

четверти

полого

цилиндра; G4 — проводимость

половины шарового квадранта;

Gs— проводимость

половины

квадранта шаровой оболочки.

Подставив в уравнение (47) значения проводимостей Gt—G5, получим

+ 0,36 -f- 0,5m

139

Проводимость воздушного зазора между призмой и плос­ костью может быть рассчитана также по формулам [2], в основу которых положены эмпирические зависимости. Эффективное значение силы тока в катушке датчика с активным сопротив­ лением г

-yf гг + (2я/ш20)2 ’

где U — подведенное к катушке напряжение; f — частота на­ пряжения питания; w — число витков катушки; G — общая маг­

 

 

 

 

 

 

нитная

проводимость

системы

 

 

 

 

 

 

(G = Gfi + Gp,

Gp — проводимость

 

 

 

 

 

 

рассеяния).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 61 представлена за­

 

 

 

 

 

 

висимость геометрической прово­

 

 

 

 

 

 

димости

от величины воздушного

 

 

 

 

 

 

зазора,

полученная

с

расчетным

 

 

 

 

 

 

путем для

датчика

/=0,8

см.

 

 

 

 

 

 

Рабочий диапазон изменения воз­

 

 

 

 

 

 

душного зазора находится в пре­

 

 

 

 

 

 

делах 0,2—0,5

см.

 

 

датчика

 

 

 

 

 

 

Точность

измерений

о

 

0,0

0,6 5,см

производительности

зависит

от

0,2

диаметра обрабатываемой детали

 

 

 

 

 

 

и глубины резания и увеличива­

Рис.

61.

Зависимость

сум-

ется с ростом последних. В сред­

маркой геометрической

про-

нем погрешность

измерений

про­

водимости

датчика

от

вели­

изводительности

составляет

5—

чины воздушного зазора

 

 

8%, что

удовлетворяет * требова­

На

рис.

62 показана

 

ния к подобным устройствам.

осциллограмма

выходного

сигнала

(кривая

/)

индуктивного

датчика при

увеличении

воздушного

 

 

 

 

 

 

4мм

 

 

идыхi

^

 

Рис. 62. Осциллограмма изменения выходного сигнала индуктивного дат­ чика при изменении воздушного зазора

зазора 6 (кривая 2). Контроль линейного перемещения 6 осу­ ществляется индуктивным преобразователем, якорь которого имеет форму винта, а два сердечника, несущие на себе катуш­ ки, выполнены в виде гаек, жестко связанных между собой. Катушки индуктивного преобразователя соединены по диффе­ ренциальной схеме, шаг нарезки зубцов винта составляет 4 мм,

140