4.3. Регуляторы соотношения скоростей

Регуляторы соотношения скоростей (РСС) в системах ССР Обеспечивают постоянное соотношение скоростей шпинделя и подач, что обеспечивает в режиме ССР уменьшение машинного времени обработки (см. § I.I) [2,69,134]

В универсальных токарных станках роль РСС выполняют различного рода реакторы, приводящие в перемещение от двигателя главного движения суппорт станка. В том случае, если в станке иcпользуются раздельные приводы подач и шпинделя, то при точном позиционировании в качестве сигнала задания приводов подач также, используется сигнал фактической скорости вращения шпинделя.

В аппаратно-реализуемых УЧПУ функции РСС ограничиваются фактически, режимом резьбонарезания, когда синхронизируются и скорость продольной подачи, причём в силу своего специфического назначения этот режим работы не может быть использован при других видах токарной обработки. В таких УЧПУ соотношение скоростей поперечной S_R и продольной S_Z подач в кадре устанавливается интерполятором, а их фактическое значение задаётся входным кодом блока задания скоростей (БЗС) и определяется частотой f_s его выходных импульсов, регламентирующих скорость работы интерполятора [ 92,95,114 ]. Таким образом, в системе ССР необходим дополнительный РСС, синхронизирующий и S_R, S_Z с автоматической настройкой на их заданные соотношения. При этом РСС наиболее целесообразно располагать либо до, либо после БЗС.

На рис.4.7изображена функциональная схема РСС с управлением по входному коду БЗС.

В большинстве аппаратных УЧПУ f_s определяется двумя кодами, малоразрядным N_K - изменяющим f_s в целое число раз, например, в УЧПУ «Луч-2Т» [127] в 10 раз, и многоразрядным N_s, т.е.

(4.15)

Перед началом кадра заданные значения этих кодов N_k3 и N_s3через мультиплексоры DD1 и DD3, переключенные соответствующим образом сигналом (импульсов) НК, формируемым в УЧПУ (мультиплексор DDЗ переключается c помощью схемы управления DD2), поступают на входы регистров DS3 DS2. Куда и записываются сигналом НК, прошедшим на регистры через элементы ИЛИ-И DD5 и DD4. Одновременно импульсом НК, поступившим через элемент ИЛИ DW2 на триггер DS5 , последний устанавливается в единичное состояние. На время пусковых процессов в системе ССР (см. рис, 4.1 время Т_nn ) в РСС действует импульс Т_nn , который поступает через элемент ИЛИ DW3 на счётчики DS4,DS6 и устанавливает их в нулевое состояние. По окончании импульса Т_nn счётчик DS6 начинает заполняться импульсами СИ с постоянной частотой следования, а счётчик DS4 – импульсами датчика BRC, имеющими частоту повторения f_BR, пропорциональную скорости вращения шпинделя. Код счётчика DS4 возрастает до значения N_s3, в этот момент схема сравнения DЕА1 формирует ипульс, поступающий через открытый потенциалом триггера DS5 элемент И DX2 на регистр DS7, что обеспечивает запись в него достигнутого к этому моменту времени кода DS6. Затем, задержавшись на схеме DT2, этот импульс устанавливает DS5 и, пройдя элемент ИЛИ DW3, счётчики DS4, DS6 в нулевое состояние. Отсюда, обозначив через T_с время заполнения DS4 и DS6, получим

. (4.16)

Рис. 4.7.

Таким образом, Т_с пропорционально заданному соотношению скоростей шпинделя и подач, т.к. шпиндель во время настройки на Т_с вращался с заданной по программе скоростью. Из (4.16) также следует, что для .синхронизации этих скоростей при изменении необходимо формировать код N_s в соответствии с (4.16). Это происходит следующим образом. Формирование импульсов, ограничивающих интервал времени Т_с, осуществляется на схеме сравнения DEA2, на которую поступает код c DS7 и текущий код счётчика DS6. С выхода DEA2 импульс проходит через элемент И DX1, ИЛИ-И DD4 на регистр DS2, куда и записывается код счётчика DS4, достигнутый к этому моменту времени и поступающий на DS2 через DD3. После задержки на схеме DT2 и прохождения через элемент ИЛИ DW3, выходной импульс DEA2 устанавливает DS4 и DS6 в ноль, после чего процесс повторяется.

В результате работы системы ССР при уменьшении радиуса обработки возрастает и N_s и при достижении последним своего максимального значения в РСС срабатывает дешифратор DH2, работу которого разрешает сигнал-движение к центру шпинделя (КЦ). Выходной импульс DH2 увеличивает на единицу код N_k3 реверсивного счётчика DS1, который был записан в него сигналом НК с регистра DS3. С выхода DS1 код N_k3+1 поступает через DD1 на вход DS3. Одновременно импульс DH2 поступает на DD3, а через элемент ИЛИ DW1 на DD2 и устанавливает на выходе DD3 код N_s, обесценивающий при N_k3+1 такие же скорости подач, как и при N_k3. Новые значения кодов записываются в регистры DS2, DS3 импульсом DH2, поступившим на них соответственно через элементы ИЛИ DW1, ИЛИ-И DD4 и ИЛИ-DD5. После этого выходной импульс DW1, задержавшись на схеме DT1, поступает через элемент ИЛИ DW2 на вход триггера DS5, переводя его в состояние, обеспечивающее настройку РСС на новый код N_s регистра DS2.

В случае, когда радиус обработки возрастает, переход на значение кода N_k3-1 происходит аналогичным образом. Отличие состоит лишь в том, что работает дешифратор DH1 по сигналу-движение от центра шпинделя (ОЦ) и обеспечивает переход на максимальное значение при N_k3-1. Это позволяет снизить дискретность в поддержании постоянным соотношение скоростей.

Если в результате регулирования N_s и N_k достигнут одновременно максимального или минимального значения, то в РСС сработает дешифратор DНЗ и заблокирует своим сигналом работу элементов ИЛИ-И DD4 DD5, при этом изменение кодов N_s, N_k прекращается.

Функционирование узлов описанного РСС хорошо понятно из описания его работы, дополнительных пояснений требует лишь узел, состоящий из схемы управления DD2 и мультиплексора DD3. Их работа поясняется принципиальными схемами DD2 и одного разряда DD3, приведёнными на рис. 4.8. При их рассмотрении необходимо лишь учесть, что сигнал НК подаётся единичным потенциалом, а сигнал с выхода DW10– нулевым.

Рассмотренный РСС может использоваться практически в любых УЧПУ, его конструкция позволяет легко производить модернизацию существующего оборудования. Поскольку регулятор производит поддержание соотношения скоростей достаточно точно и во всём возможном их диапазоне (это подтверждается его испытаниями совместно с системой ССР, изображённой на рис. 4.1, см. приложение 3), то этот РСС наиболее целесообразно использовать в составе ССР непрерывного типа.

В системах ССР дискретного типа не предъявляется высоких требований к точности синхронизации скоростей шпинделя и . подач, что даёт возможность организовать работу РСС не по фактическому, а по заданному значению скорости вращения шпинделя, .это упрощает конструкцию регуляторов.

К такому типу РСС и относится регулятор [42,58] , функциональная схема которого приведена на рис. 4.9. Этот регулятор предназначен для работы с УЧПУ, в которых частота выходных импульсов БЗС определяется частотой импульсов опорного генератора G, регулируемой напряжением (например, для УЧПУ H22-IM). В регулятор непрерывно поступает код m скорости , в случае системы. с АКС этот код управляет переключением последней. В начале кадра заданное значение этого кода m₃ по сигналу НК запоминается в регистре DS , а

Рис.4.8.

Рис.4.9.

затем с помощью вычитающего устройства DW вычисляется абсолютное значение между m₃ и его текущим значением, т.е.

.

Код преобразуется ЦАП UZУ в напряжение U_pn , которое при движении к центру шпинделя (при уменьшении R) проходит через открытый сигналом КЦ ключ ASF1 и суммирующее устройство AW на вход G, увеличивая частоту его генерации. При движении от центра шпинделя напряжение U_рп инвертируется с помощью инвертора AU, проходит через открытый сигналом ОЦ ключ ASF2 и сумматор AW на вход G, уменьшает частоту его импульсов пропорционально . В том случае, если код m управляет АКС, преобразователь UZУ в соответствии с (4.8) формирует напряжение

,

что обеспечивает одинаковое изменение скоростей подач. В этом случае ЦАП UZУ выполняется на цифро-управляемых сопротивлениях [106].

Поскольку БЗС в начале кадра обработки был настроен на заданное соотношение скоростей шпинделя и подач, то, изменяя . напряжение опорного генератора от исходного значения, обеспечим автоматическую настройку на их заданное соотношение и выполним условие их синхронизации.

Лабораторные и производственные испытания рассмотренного регулятора в составе цифровой системы ССP с АКС (см. рис. 4.4) показали высокую надёжность и хорошую работоспособность РСС, а также достаточную в этом случае точность его работы.