СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТОКАРНЫМ СТАНКОМ Российский патент 2005 года по МПК B23Q15/07 G05B19/4068 G05B19/41 

Изобретение относится к способам автоматизированного управления металлорежущими станками.

Ныне существующие способы автоматизированного управления токарными станками основаны либо на логике ручного повторения контура детали с последующим его многократным автоматизированным воспроизведением, либо предусматривают для изготовления каждой новой детали создания оригинальной программы, реализующей алгоритм работы токарного станка.

Общими недостатками этих систем являются низкая степень автоматизации производства, нестабильный уровень качества производимых деталей, высокие издержки подготовительных этапов и, как следствие, необходимость активного участия человека на всех этапах процесса изготовления детали. Кроме того, такие системы достаточно дороги, так как предусматривают для своего производства изготовления оригинального оборудования.

Техническая задача заключается в принципиальном устранении названных недостатков путем применения новой логики управления токарным станком, основанной на идее конструирования адаптивных регуляторов нового класса: самоорганизующихся оптимальных регуляторов с экстраполяцией (см. Современная прикладная теория управления: Оптимизационный подход в теории управления / Под ред. А.А.Колесникова. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. Ч. 1 - 400 с.)

Указанная задача достигается тем, что предлагаемый алгоритм управления предусматривает подключение токарного станка, оснащенного шаговыми двигателями, к персональному или удаленному компьютеру через любой стандартный либо оригинальный двусторонний интерфейс и основана на формировании управляющих команд на шаговые двигатели станка на основе графической информации о взаимодействии плоских изображений объектов - участников процесса резания (деталь, заготовка, резцы и т.п.) по ниже описываемой схеме.

На мониторе компьютера формируются плоские изображения объектов - участников процесса резания. Цвет изображения каждого объекта должен быть оригинальным. Способ формирования изображений (фотографирование, сканирование, черчение средствами встроенного либо любого стандартного графического редактора) определяется логикой работы управляющей программы. Далее, по специально реализованному алгоритму, учитывающему специфику работы токарного станка, изображения объектов вступают во взаимодействие друг с другом с целью изменения контура изображения заготовки и придания ему формы контура готовой детали. При этом формируются команды управления, которые через любой доступный интерфейс передаются на шаговые двигатели приводов станка. Алгоритм взаимодействия объектов должен быть достаточно универсальным, предусматривать возможность работы с широкой номенклатурой режущих инструментов и поддерживать различные режимы резания. Поэтому для изготовления на токарном станке с предлагаемой логикой работы произвольной детали необходимо произвести только подготовительные работы. В основном они предусматривают формирование плоских изображений заготовки, детали и резцов в памяти компьютера. Используемый видеорежим монитора компьютера не влияет на процесс работы и может быть любым. Обратная связь может быть реализована любым из известных способов. При этом можно контролировать как положение, так и степень износа режущего инструмента с одновременной корректировкой изображений взаимодействующих объектов.

Точность изготовления детали определяется шагом дискретизации управляющих команд, который ограничен лишь ресурсами видеоподсистемы и геометрическими размерами заготовки (классом станка), а также конечной степенью точности, которой обладают токарные станки (шаг ~50 мкм). Последний фактор будет являться определяющим.

Интерфейс между компьютером и токарным станком некритичен к пропускной способности и может быть любым. В простейшем случае можно использовать любой стандартный двунаправленный интерфейс, но оптимальным, по-видимому, является создание специального контроллера, лишенного специфических функций. Эта задача не представляется сложной, так как номинально назначение контроллера заключается лишь в двусторонней передаче сигналов. Можно предусмотреть возможность управления из одной программы одновременно большим числом станков.

Требования к характеристикам аппаратной части компьютера минимальны и сводятся к требованиям к производительности видеоподсистемы компьютера. Теоретически требования к типу операционной системы отсутствуют. Поскольку основную нагрузку будет испытывать видеоподсистема, можно порекомендовать MacOS или Windows-совместимую, но в принципе подойдет любая современная.

Сам токарный станок может быть оригинальным либо серийным. Приводы суппорта, подачи охлаждающей жидкости, вращения резцедержателя, подачи резцов должны быть (до)оснащены шаговыми двигателями достаточной мощности.

Предлагаемая автоматизированная система является достаточно автономной и способна полностью заменить ручной труд. При решении вопроса автоматической смены заготовок и использовании интерфейсов соответствующей протяженности она может быть локализована в отдельном помещении и не требовать отдельных затрат на освещение, кондиционирование и т.п.

Изобретение относится к области управления металлорежущими станками, в частности станками с ЧПУ. Способ включает генерирование управляющих сигналов и их подачу на шаговые двигатели станка. Для повышения степени автоматизации и качества обрабатываемых деталей генерирование управляющих сигналов производят на основании информации о взаимодействии плоских изображений объектов, участвующих в процессе резания, формируемых на мониторе компьютера в процессе изменения контура изображения заготовки и придании ему формы готовой детали.

Способ автоматизированного управления токарным станком, включающий генерирование управляющих сигналов и их подачу на шаговые двигатели станка, отличающийся тем, что генерирование управляющих сигналов производят на основании информации о взаимодействии плоских изображений объектов, участвующих в процессе резания, формируемых на мониторе компьютера в процессе изменения контура изображения заготовки, и придании ему формы готовой детали.