устройство для определения момента касания режущего инструмента с деталью

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА КАСАНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА С ДЕТАЛЬЮ, содержащее триггер управления, триггер, управляемый генератор, первый счетчик и формирователь вспомогательных сигналов сброса, при этом первый выход триггера управления подключен к первому входу управляемого генератора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок включения, первый элемент И, элемент НЕ, блок индикации, а также последовательно соединенные высокочастотный генератор, в колебательный контур которого включен контур станка, формирователь, второй элемент И и второй счетчик, при этом формирователь вспомогательных сигналов сброса выполнен в виде первого и второго формирователей коротких импульсов, выход первого формирователя коротких импульсов подключен к первому входу триггера управления, выход блока включения - к второму входу управляемого генератора, к входу второго формирователя коротких импульсов и через элемент НЕ к первым входам первого счетчика и триггера, выход формирователя подключен к первому входу первого элемента И, выход управляемого генератора - к входу первого формирователя коротких импульсов и к вторым входам первого и второго элементов И, выход второго формирователя коротких импульсов подключен к вторым входам второго счетчика и триггера управления, первый и второй выходы которого подключены к третьим входам соответственно первого и второго элементов И, второй вход первого счетчика подключен к выходу второго счетчика, третий - к выходу первого элемента И, четвертый - к входу первого формирователя коротких импульсов, а выход - к второму входу триггера, выход которого подключен к блоку индикации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к станкостроению и предназначено для определения в процессе работы станка момента касания инструмента с деталью, а также может быть применено в качестве основного блока в устройствах автоматического определения износа инструмента, в устройствах ввода коррекции после замены инструмента (заготовки), связанный с неточностью установки; в устройствах автоматической привязки к разным базовым поверхностям.

Известно устройство для определения контакта инструмента с деталью, содержащее замкнутый магнитопровод трансформатора с обмоткой возбуждения, размещенный на шпинделе станка, на котором также размещен второй замкнутый магнитопровод с измерительной обмоткой.

Недостатками данного устройства являются необходимость доработки конструкции станка, установки двух громоздких трансформаторов на шпиндель станка, что увеличивает его металлоемкость, трансформаторы для каждого типоразмера станка должны быть индивидуальны, устройство имеет ограниченное применение, так как не все станки могут быть модернизированы для установки трансформаторов.

Указанные недостатки частично устраняются в наиболее близком к изобретению устройстве для автоматической размерной коррекции на станке с приводом подачи, связанным с устройством числового программного управления, содержащее измерительную головку с контактным датчиком, связанную с формирователем сигнала контакта, выполненного в виде соединенных последовательно измерительного преобразователя, вход которого связан с приводом подачи, и акустического излучателя, связанного с входом блока преобразования выполненного в виде соединенных последовательно микрофона, узкополосного фильтра, детектора огибающей, экстремум-детектора и формирователя сигнала управления, выход которого соединен с блоком управления, включающий в себя соединенные последовательно триггер управления, первый выход которого подключен к первому входу управляемого генератора, первый преобразователь кода, выход которого подключен к второму входу привода подачи, вход триггера управления - к первому выходу устройства ЧПУ, соединенные последовательно элемент задержки, элемент ИЛИ, счетный триггер (первый счетчик), управляемый ключ, счетчик коррекции, выход которого содержит модуль коррекции, причем вход элемента задержки подключен к первому выходу устройства ЧПУ, второй вход элемента ИЛИ - к выходу формирователя сигнала управления, а первый вход управляемого ключа - к выходу управляемого генератора, а также триггер знака (триггер), первый вход которого подключен к формирователю сигнала управления, а выход содержит знак коррекции, второй преобразователь кода, вход которого подключен к второму выходу устройства ЧПУ, а выход - к второму входу управляемого ключа, формирователь вспомогательных сигналов сброса, первый выход которого подключен к второму входу управляемого генератора, второй выход - к второму входу триггера знака, третий выход - к третьему входу триггера управления, а вход - к второму выходу счетного триггера (счетчика).

Устройство фиксирует момент касания измерительного щупа с деталью и формирует сигнал коррекции для подналадки режущих инструментов.

Это устройство не увеличивает металлоемкость, не требует индивидуального устройства для каждого станка.

Однако, устройство имеет следующие недостатки: момент касания щупа детали фиксируется при прерывании обработки детали в процессе измерительного прохода, что отрицательно сказывается на производительности устройства, так как увеличивается время обработки, т.е. для определения величины коррекции необходимо прерывать процесс обработки и производить привязку режущего инструмента к базовой поверхности; фиксируется момент касания детали измерительным щупом, а не режущим инструментом, что отрицательно сказывается на точности устройства, т.е. устройство реализует косвенный метод определения величины коррекции положения режущего инструмента относительно детали, так как точность определения величины коррекции зависит от точности взаимного расположения измерительного щупа и режущего инструмента в системе координат станка; подход измерительной головки к обрабатываемой поверхности в ряде случаев невозможен.

Цель изобретения - определение момента касания в процессе работы.

Устройство содержит триггер управления, триггер, управляемый генератор, первый счетчик и формирователь вспомогательных сигналов сброса, при этом первый выход триггера управления подключен к первому входу управляемого генератора. Кроме того, в него дополнительно включены блок включения, первый элемент И, элемент НЕ, блок индикации, а также последовательно соединенные высокочастотный генератор, в колебательный контур которого подключен контур станка, формирователь, второй элемент И и второй счетчик, причем формирователь вспомогательных сигналов сброса выполнен в виде первого и второго формирователя коротких импульсов, выход первого формирователя коротких импульсов подключен к первому входу триггера управления, выход блока включения подключен к второму входу управляемого генератора, к входу второго формирователя коротких импульсов и через элемент НЕ к первым входам первого счетчика и триггера, выход формирователя подключен к первому входу первого элемента И, выход управляемого генератора подключен к входу первого формирователя коротких импульсов и к вторым входам первого и второго элементов И, выход второго формирователя коротких импульсов подключен к вторым входам второго счетчика и триггера управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к третьим входам первого и второго элементов И, второй вход первого счетчика подключен к выходу второго счетчика, третий - к выходу первого элемента И, четвертый - к выходу первого формирователя коротких импульсов, а выход - к второму входу триггера, выход которого подключен к блоку индикации.

Введение блока включения, первого элемента И, элемента НЕ, блока индикации, высокочастотного генератора, в колебательный контур которого включен контур станка, формирователя, второго элемента И, второго счетчика и их связей позволяет определять контакт режущего инструмента с деталью непосредственно в процессе обработки.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема управляемого генератора.

Устройство определения момента касания содержит триггер 1 управления, триггер 2, управляемый генератор 3, первый счетчик 4, первый 5 и второй 6 формирователь коротких импульсов (ФКИ), представляющие собой формирователь вспомогательных сигналов сброса, причем выход первого ФКИ 5 подключен к первому входу триггера 1 управления, второй выход которого подключен к первому входу управляемого генератора 3, блок 7 включения, первый элемент И 8, элемент НЕ 9, блок 10 индикации, а также последовательно соединенные высокочастотный генератор 11, в колебательный контур которого включен контур станка 12, формирователь 13, второй элемент И 14, второй счетчик 15, причем выход блока 7 включения подключен к второму входу управляемого генератора 3, к входу второго ФКИ 6 и через элемент НЕ 9 к первым входам первого счетчика 4 и триггера 2, выход формирователя 13 подключен к первому входу первого элемента И 8, выход управляемого генератора 3 подключен к входу первого ФКИ 5 и к вторым входам первого 8 и второго 14 элементов И, выход второго ФКИ 6 подключен к вторым входам второго счетчика 15 и триггера 1 управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к третьим входам первого 8 и второго 14 элементов И, второй вход первого счетчика 4 подключен к выходу второго счетчика 15, третий - к выходу первого элемента И 8, четвертый - к выходу первого ФКИ 5, а выход - к второму входу триггера 2, выход которого подключен, в свою очередь, к блоку 10 индикации.

Блок высокочастотного генератора представляет собой генератор на одном транзисторе с емкостной обратной связью, в коллекторную цепь которого включена малая индуктивность, с которой последовательно подсоединяются элементы внешнего контура станка, а также элементы согласования выхода для возможности подключения высокочастотного кабеля.

Блок включения представляет собой тумблер.

В качестве ключа может быть использованы две диодные оптопары с встречным включением диодом и малым временем задержки включения, например, АОД 120А-1 (t_зад=50 нс, что соизмеримо с длительностью высокочастотного сигнала). В качестве триггера 19 может быть использован IK-триггер, например К555ТВ6, где I-, K-входы постоянно установлены I=1, K=0, а C-вход подключен к выходу первого элемента И 18, а инверсный R-вход - к второму входу управляемого генератора. Остальные вновь введенные блоки являются стандартными.

Устройство работает следующим образом.

До включения режима касания на выходе блока 7 включения отсутствует сигнал. Управляемый генератор 3 блокирован. С его выхода поступает сигнал запрета на вторые входы первого 8 и второго 14 элементов И. На первые входы сброса первого счетчика 4 и триггера 2 элементом НЕ 9 подается сигнал сброса, определяемый отсутствием сигнала с выхода блока включения 7 (до включения режима касания). Высокочастотный генератор 11 выдает сигнал, частота которого определяется времязадающими параметрами элементов генератора и параметрами внешнего контура станка 12, который подключается к колебательному контуру высокочастотного генератора 11. Формирователь 13 преобразует синусоидальный сигнал высокочастотного генератора 11 в импульсную последовательность. При включении режима касания на выходе блока 7 включения появляется сигнал. По переднему фронту этого сигнала с второго ФКИ 6 формируется короткий импульс, которым по второму входу триггер 1 управления устанавливается в единичное состояние, а по втором входу второй счетчик 15 сбрасывается в исходное нулевое состояние. Также по этому сигналу снимаются блокировки с второго входа управляемого генератора 3 и через элемент НЕ 9 с первых входов первого счетчика 5 и триггера 2. С выхода триггера 1 управления выдается сигнал разрешения на третий вход второго элемента И 14 и сигнал запрета на третий вход первого элемента И 8. Управляемый генератор 3 формирует измерительные импульсы, во время действия которых снимается сигнал блокировки с вторых входов первого 8 и второго 14 элементов И. Таким образом второй элемент И 14 по второму и третьему входам оказывается разблокированным и синусоидальный сигнал высокой частоты с высокочастотного генератора 11, преобразуясь формирователем 13 в импульсную последовательность, через второй элемент И 14 во время действия первого измерительного импульса с управляемого генератора 3 заполняет по первому суммирующему входу второй счетчик 15. По заднему фронту первого измерительного импульса управляемого генератора 3 первый ФКИ 5 формирует короткий импульс, по которому триггер 1 управления устанавливается из единичного состояния в нулевое, блокируя при этом по третьему входу второй элемент И 14 и выдавая сигнал разрешения по третьему входу на первый элемент И 8. Одновременно по четвертому входу первого счетчика 4 происходит перезапись двоичного кода с выхода второго счетчика 15 в первый счетчик 4. Сигналом с первого выхода триггера 1 управления вызывается уменьшение длительности последующих измерительных импульсов управляемого генератора 3. Во время действия второго измерительного импульса импульсная последовательность высокой частоты через первый элемент И 8 поступает на третий вычитающий вход первого счетчика 4. Происходит постепенное уменьшение значения двоичного кода первого счетчика 4, но выдача сигнала обнуления с этого счетчика не происходит ввиду уменьшенной длительности второго измерительного импульса управляемого генератора 3 по сравнению с первым. По заднему фронту второго импульса управляемого генератора 3 снова происходит перезапись двоичного кода с выхода второго счетчика 15 в первый счетчик 4. Во время действия третьего и последующих импульсов до момента касания состояние выхода первого счетчика 4 не меняется. В момент касания резца с обрабатываемой деталью происходит увеличение частоты высокочастотного генератора 11 за счет закорачивания контура станка 12, подключенного к этому генератору. Обрабатываемая деталь, инструмент, шпиндель и прочие элементы контура станка должны быть электропроводными. Теперь с момента касания за время действия измерительного импульса управляемого генератора 3 на третий вычитающий вход первого счетчика 4 посылается большее количество импульсов высокой частоты. Первый счетчик к концу действия измерительного импульса управляемого генератора 3 обнуляется, выдавая на второй вход триггера 2 сигнал. По этому сигналу триггер 2 изменяет свое состояние на противоположное, выдавая сигнал в блок 10 индикации, сигнализируя оператору о моменте касания. Разность длительности между первым и последующими импульсами выбирается такой, что до момента касания за счет нестабильности генератора 11 (ввиду подвижности элементов внешнего контура) не изменяется состояние на выходе первого счетчика 4 (т.е. чтобы не было ложного сигнала) и в то же время во время действия последующих после касания первого и второго измерительных импульсов управляемого генератора 3 происходит устойчивая выдача сигнала с выхода первого счетчика 4. Эта разность для каждой детали подбирается экспериментально с помощью управляемого генератора 3.

При отключении режима касания блокируется управляемый генератор 3, первый счетчик 4 и триггер 2 по первым входам устанавливаются в исходное нулевое состояние.

Управляемый генератор 3 работает следующим образом.

В случае, когда на его первый вход не подан сигнал (это происходит во время формирования первого измерительного импульса) ключ 16 закрыт и длительность измерительного импульса на выходе второго элемента И 20 полностью определяется внутренними времязадающими цепями генератора 17. В случае, когда на этот вход подан сигнал (это происходит после формирования первого измерительного импульса) ключ 16 открыт и резистор 21 через него по первому и второму входам становится подключенным параллельно сопротивлению во времязадающей цепи генератора 17, что приводит к уменьшению длительности второго и последующих импульсов. В случае, когда включение режима касания приходится во время действия измерительного импульса, выдача оставшейся части первого измерительного импульса на выходе второго элемента И 20 не происходит ввиду блокировки его по второму входу триггером 19. Блокировка снимается в момент установки триггера 19 в единичное состояние по отрицательному перепаду оставшейся части первого измерительного импульса, подаваемому через первый элемент И 18 на его первый вход. Сброс триггера 19 происходит в момент выключения режима касания по второму входу.

Предлагаемое устройство было испытано на токарном станке 16К20, оснащенном бесконтактными датчиками перемещений БС-155А, блоком индикации Ф5701, блоком питания Ф5075 для выборки паза на внутренней торцовой базовой поверхности заготовки с большим допуском по длине (т.е. с переменной базой) в условиях отсутствия видимости.

Испытания проводились при частоте 10-20 МГц высокочастотного генератора и 10 КГц измерительных импульсов.

Было установлено повышение производительности труда на 15% за счет исключения пробного измерительного прохода и повышение точности обработки за счет применения изобретения.