Система управления выбором инструментов со свободным кодированием Советский патент 1991 года по МПК G05B19/18 

Изобретение относится к электроавтоматике промышленных механизмов, а именно к автоматическому управлению инструментальными магазинами многооперационных станков с ЧПУ и гибких производственных модулей.

Цель изобретения - разработка системы управления инструментальными магазинами станков с ЧПУ с использованием стандартизированного инструмента со свободным размещением инструментов в гнездах в процессе смены инструментов, реализуемой на программируемом контроллере или интегральных схемах с одновременным упрощением системы, снижением стоимости и повышением надежности.

На фиг, 1,2 показана заявляемая структура выбора инструментов со свободным кодированием; на фиг. 3 - алгоритм работы системы со свободным кодированием; на фиг. 4 - циклограмма работы системы; на фиг. 5 - принцип переписи кодов (перекодировки) в процессе смены инструментов; на фиг, 6 - практическая реализация блока сравнения кода инструмента перекодируемой памяти и кода задания; на фиг, 7 - практическая реализация блока сравнения кода гнезда, подлежащего поиску с кодом

(Л 00

N

со

командоаппярата; на фиг. 8 - практическая реализация блока памяти номера инструмента и блока памяти номера инструмента в шпинделе: на фиг. 9 -- принцип определения кратчайшего направления вращения инструментального магазина.

Система включает следующие элементы (фиг. 1, 2): задатчик 1 номера инструмента, командоаппарат 2 определения номера инструмента гнезда, кольцевой сдвиговой регистр 3, управляемый генератор 4 тактовых импульсов, блок 5 перепрограммируемой памяти абсолютных кодов инструментов и гнезд магазина, блок 6 памяти номера инструмента, подлежащего поиску, блок 7 памяти номера инструмента в шпинделе, второй 8 и первый 9 блоки сравнения кодов, элементы 10, 11 памяти, де- мультиплексор 12, мультиплексор 13, преобразователи 14, 15 двоично-десятичного кода, элемент 16 задержки, блок 17 определения направления кратчайшего вращения магазина, элемент И 13, датчик 19 останова, блок 20 управления приводом вращения магазина, инструментальный магазин 21.

Блок 6 (фиг. 8) содержит группу элементов И 22.1-22.п и группу триггеров 23.1- 23.п, блок 7 содержит элементы И-НЕ 24,1-24,п и триггеры 25.1-25.п.

Блок 8 (фиг. 6) состоит из элемента И-НЕ 26, ячеек 27, содержащий элементы И-НЕ 28-30, а блок 9 - из группы элементов И 31.1-31.п и элемента ИЛИ 32.

Система работает в соответствии с алгоритмом фиг. 3 и циклограммой фиг, 4 следующим образом.

Перед началом работы на станке выполняется произвольная расстановка инструментов в магазине, а первый по технологии обработки инструмент устанавливается в шпиндель. При этом коды устанавливаемых инструментов в преднаборе сигналом начальной установки (НУ) записываются в блок 5 перепрограммируемой памяти абсолютных кодов инструментов и гнезд магазина, формируя начальную таблицу соответствия кодов гнезд магазина и кодов инструментов в них установленных, а также в блок 7 памяти инструмента, установленного в шпиндель (фиг. 9).

Гнездо № 1 инструментального магазина устанавливается в исходную позицию, а в первую ячейку кольцевого сдвигового регистра 3 также с номером № 1 сигналом НУ устанавливается единица. На этом подготовительные операции заканчиваются.

При выдаче задатчиком 1 кода инструмента, подлежащего поиску, если это устройство ЧПУ, то в двоично-десятичном коде

по адресу Т сигналом считывания Т0 запускается генератор тактовых импульсов и выдается начальный сигнал в блок 20 управления приводом вращения магазина.

Генератор 4 тактовых импульсов с частотой сканирования при невращающемся магазине перемещает исходную единицу по разрядам регистра 3. При этом через мультиплексор 13 на первые входы блока 8 сравнения кода инструментов по очереди поступают коды инструментов, записанных в блок 5 перепрограммируемой памяти. Осуществляется как бы пролистывание записанной в памяти таблицы с одновременным

сравнением с заданным кодом от задатчи- ка 1.

Итак, на этом этапе осуществляется операция сравнения (идентификации), причем

Совп1 (код Табл1) N1 + (код .

Табл2) N2 + (код ТаблЗ) -N3 + ... +

+ (код Табл п) Nn.

где код Т - ВСД (двоично-десятичный) код задания инструмента, подлежащего поиску от задатчика 1 ;

(Табл1-Таблп)- ВСД - коды ячеек блока 5 перепрограммируемой памяти, т.е. коды

инструментов, расположенных в гнездах магазина.

(N1-Nn) - сигналы разрядов сдвигового регистра 3.

При совпадении кода Т задания с одним

из кодов блока 5 памяти блок 8 сравнения кодов вырабатывает сигнал (СОВП 1), говорящий, что нужный код найден. Этот сигнал (СОВП 1)записывается вэлемент 10 памяти, представляющий собой, обычный RS-триггер. Инверсный выход элемента 10 памяти блокирует генератор 4 тактовых импульсов, дальнейшее продвижение единицы по кольцевому сдвиговому регистру 3 прекращается. Разряд регистра 3 с записанной

единицей говорит о номере гнезда, в котором найден нужный инструмент, так как объем (разрядность) регистра 3, блока 5 перепрограммируемой памяти и инструментального магазина 21 совпадают.

После того, как код инструмента найден, блок 17 определения направления кратчайшего вращения по сравнению кода задания от кольцевого сдвигового регистра

3, поступающего через преобразователь 15 двоично-десятичного кода и кода фактического положения магазина, поступающего от командоаппарата 2, вырабатывает сигналы направления вращения магазина по и

против часовой стрелки, т.е. по кратчайшему пути.

Если по механической конструкции магазин нереверсивный, то блок 15 и 17 из системы исключаются.

При наличии сигнала разрешения цикла (РЦ), т.е. отсутствия запрещающих блокировок из других схем общей электроавтоматики станка, поступающего на вход блока 20 управления приводом вращения магазина, формируется сигнал быстрого вращения магазина БВ РЦ ВРАЩ , где БВ - быстрое вращение, ОСТ - сигнал остановки от элемента И 18, ВРАЩ-сигнал вращения от элемента 10 памяти.

Магазин 21 начинает быстро вращаться, при этом начинает работать блок 9 сравнения кодов, сравнивая содержимое разрядов регистра 3 с кодом командоаппа- рата 2, определяющего фактическое положение инструментального магазина.

Для обеспечения идентичности сравниваемых кодов ВСД код командоаппарата преобразуется в последовательный код. При этом выходной сигнал блока 9 сравнения кодов реализуется следующим образом Совп2 (N1 КА1 + N2 КА2 + N3 КАЗ + + ... + Nn КАп) БВ.

Если на станке командоаппарат выполнен в каком-либо другом коде, то необходимо выполнить преобразование кодов так, что сравниваемые коды были идентичны.

Совпадение единицы сдвигового регистра 3 с единицей командоаппарата говорит о том, что гнездо с нужным инструментом найдено.

Сигнал совпадения (СОВП 2) через элемент 16 задержки времени запоминается элементом 11 памяти (RS-триггер), формируя сигнал Замедление, поступающий на третий вход блока 20 управления приводом.

Сигнал Быстрое вращение при этом не снимается. Если привод электрический, то сигнал Замедление уменьшает величину задающего напряжения на привод, тем самым уменьшая его скорость, а если гидравлический, то дополнительно включается золотник, уменьшающий расход масла.

При достижении магазином ближайшего датчика 19 остановки элемент И 18 вырабатывает сигнал Остановка, включающий привод, т.е. вращение магазина. ОСТ ЗАМ Кост, где ОСТ - логический сигнал Остановка, ЗАМ - логический сигнал Замедление (от элемента 11 памяти), Кост - сигнал датчика 19 остановки.

Нужный инструмент найден, магазин остановлен и при необходимости фиксируйся. Бло управления устройством формирует сигнал Запись 1, по которому код найденного инструмента из бпока 5 перепрограммируемой памяти иереписывзйтгя

в блок 6 памяти,

Цикл поиска закончен разрешена смена инструментов манипулятором По окончании смены инструментов вновь найденный инструмент устанавливается в

0 шпиндель, а отработавший из ишиндепя - в освободившееся в магазине гнездо По этой причине производится перекодировка блока 5 памяти, т е. изменение записанной в него таблицы.

5По сигналу Запись 2 кочотрабслэвшегс инструмента из &лока 7 памяти кода инс- румента, находящегося в шпинделе, через демультите сор 12, управляемый сигналами кольцевою сдвигового регистра 3, пере0 тисывэетсч в блок 5 памяти, т.е. осуществляется перепись таблицы и привязка кода инструмента к коду гнезда магазина

По сигналу Запись 3 код вновь най5 денного и установленного в шпиндель инструмента переписывается из блока 6 памяти в блок 7 памяти кода инструмента, установленного в шпинделе.

Процесс перекодировки иллюстрирует

0 фиг 5, показывающая выбор инструментов №4,2 и 9.

Предлагаемая система пригодна для любой конструкции инструментальных магазинов с двуплечим манипулятором.

5Рассмотрим практическую реализацию

наиболее характерных блоков системы.

1. Блок 8 сравнения кода инструмента и

элемент 10 памяти представлены из фиг 6.

На первый вход блока 8 сравнения ко0 дов через мультиплексор 13, управляемый сигналами разрядов сдвигового регистра 3, подастся в ВСД-коде информация от блока 5 памяти, Введем обозначения. ПП1, ПП2, ПП, ПП8. ПП10. ПП20, ПП40, ПП80 -разряды

5 В СД-кода той или иной ячейки блока 5 пере- поограммируемой памяти (здесь ячейка - это все восемь бит, несущих информацию о номере инструмента).

На второй вход блока 8 сравнения по0 ступает ВСД-код задания номера инструмента, подлежащего поиску от задатчика 1. Реально это устройство ЧПУ, выходная информация которого определяется ГОСТ и международным стандартом, т.е. Т1, Т2, Т4,

5 Т8, Т10, Т20. T4Q, Т80 - разряды ВСД-кодз задания.

Очевидно, что код задания Т и сравниваемый с ним код блока 5 перепрограммм- руемой памяти ПП будут равны между собой если будут равны все разряды этих

кодов, т е выходной сигнал блока 8 сравнения, назовем его СОВП 1, определится так СОВП 1 fn ПП1)(Т2 ПП2)(Т4 ПП4)... (Т80 ПП80)

Видно, что это логическое произведение схем равнозначности отдельных разрядов. Если использовать в качестве элементной базы элементы И-НЕ, то легко можно синтезировать оптимальную ячейку сравнения. Например, для первых разрядов.

.±-Г) . пП1 Т1 ПП1 +

f И DO1 TL(T| + nnii + nnijii TJ Tfj.TTQLt-nriL ТП ПТТ1 Tl Tl x

x rfrii nni .

Используя этот вывод для всех разрядов и учтя, что элемент 10 памяти на элемента И-НЕ управляется инверсными сигналами, получим

СОВП I Т1 TI ПП1 ПП1 TI ПП1Х

X .... Т80 Т80 ПП80 ПП80 Т80 ПП80, как показано на фиг. 9.

Элемент 10 памяти представляет собой типовой RS-триггер, выходной сигнал которого обозначен аббревиатурой ВРАЩ - (вращение), так как дает в блок 20 управления приводом вращения магазина команду на вращение

2. Блок 9 сравнения кода гнезда для нереверсивного (для простоты пояснений) магазина приведен на фиг 7

На первый вход блока последовательно разряд за разрядом подаются сигналы с сдвигового регистра 3 (N1, N2, N3Nn).

На второй вход подается аналогичный код (КА1, КА2, КАЗ, ..,КАп), поступающий при вращении магазина от командоаппара- та 2 (обычно выполняемого в ВСД-коде) через преобразователь 14 ВСД-кода в последовательный.

Работа блока 9 сравнения кода гнезда разрешается сигналом БВ (быстрое вращение), поступающим из блока 20 управления приводом.

Поскольку сигналы от сдвигового регистра и командоаппарата поступают последовательно, то очевидно что выходной сигнал блока 9 СОВП 2 будет D том случае, если совпадут (придут одновременно) какие-либо разряды регистра и командоаппарата, т е. СОВП 2 - (N1 КА1 + N2 КА2 + + N3 КАЗ+ . + Nn КАп) БВ -пои показано на фиг 7

При работе блока 9 сравнения кода гнезда сдвигогзый регистр 3 остановлен на одном из разрядов при поиске юда инструмента в nepenpni рчммир ч °мои гпмяти, а коды командоаппарата постоянно меняются при вращении ма азина Совпадение двух единиц говорит о том, что нужный инструмент в магазине найден

На фиг 7 приведены также элемент 16

задержки и элемент 11 памяти и диаграмма их работы Выходной сигнал RS-триггера памяти ЗАМ (замедление) выдает команду на понижение скорости вращение магазина

перед остановкой что обычно делается за шаг до исходной позиции. Это обеспечивается за счет смещения на один разряд сравниваемых кодов. Покажем это для реверсивного вариа сполнения магазина

СОВП 2 (ПО) (П КАп + Т2КА1 + + Тп КАп-1) БВ ПО,

СОВП 2 (ПРОТИВ) (Т 1 КА2 + Т2 КАЗ + .. + Тп КА1) БВ ПРОТИВ

и СОВП 2 СОВП 2 (ПО) + СОВП 2 (ПРОТИВ).

Вычерчивание схемы аналогично нереверсивному варианту фиг 7 Здесь ПО и ПРОТИВ - логические сигналы блока 17 оп- ределения направления вращения инструментального магазина, соответственно, по и против часовой стрелке

Для того, чтобы импульс датчика 19 ос- танова не формировал сигнал останова в момент появления сигнала СОВП 2, последний записывается в элемент 11 памяти через элемент 16 задержки

3.Формирование сигнала ОСТ (оста- новка).

Если нужный инструмент найден (за шаг до исходной позиции) и сформирован сигнал СОВП 2, определяющий замедленное вращение магазина., то на следующем

шаге магазин должен быть остановлен, т.е ОСТ ЗАМ Кост, что реализуется элементом И 18

Сигнал ОСТ блокирует привод (электрический вариант) или выключает золотник

вращения (гидравлический вариант).

4.Блоки 6 и 7 памяти кода инструмента представляют собой параллельные регистры и выполняются на RS-триггерах (фиг. 8).

Каких-либо пояснений здесь нет. На фиг. 8 приняты обозначения: ПП1-ПП80 - выходы блока 5 перепрограммируемой памяти. ПрП1-ПрП80 - выходы блока 6 памяти номера инструмента, ПКШИ-ПКШ80 - выходы

блока 7 памяти номера инструмента шпинделя. РУ1-РУ80-сигналы ручной установки для представительной записи кода с пульта оператора станка, НУ - начальная установка.

Блок 5 перепрограммируемой памяти - это также набор аналогичных типовых RS- триггеров. Их общее число 8 х N. где 8 - восемь разрядов ВСД-кода (одна ячейка памяти), N - число инструментом в магазине.

Блок 20 управления приводом магазина строится индивидуально для конкретной конструкции и способа управления. Ее построение не принципиально и зависит от факторов: привод электрический или гидравлический; фиксация магазина отсутствует или имеется; вращение реверсивное или одностороннее; замедление вращения предусмотрено или нет. если да, то за шаг или полшага и др. В любом случае это несложная электрическая схема, не подлежащая предмету изобретения.

Если применен электропривод, то ВКЛ (Включение) - предварительное разрешение; ВРАЩ (Вращение) - сигнал, обеспечивающий подачу задающего напряжения для быстрого вращения; ЗАМ (Замедление) - сигнал, обеспечивающий уменьшение задающего напряжения на привод; ОСТ (Остановка) - сигнал блокировки привода; ПО (по часовой)-сигнал, обеспечивающий, например, положительный знак задающего напряжения; ПРОТИВ (против часовой) - то же, отрицательный знак.

Формула изобретения Система управления выбором инструментов со свободным кодированием, содержащая задатчик номера инструмента, командоаппарат определения номера инструмента гнезда, демультиплексор, блок перепрограммируемой памяти абсолютных кодов инструментов и гнезд магазина, блок памяти номера инструмента, подлежащего поиску, блока памяти номера инструмента в шпинделе, блок определения направления кратчайшего вращения магазина и блок управления приводом вращения магазина, о т- ичающаяся тем, что, с целью упрощения системы и повышения надежности, введены управляемый генератор тактовых импульсов, датчик остановки, элемент задержки, элемент И, кольцевой сдвиговый регистр, мультиплексор, первый и второй блоки сравнения кодов, два элемента памяти кодов, два преобразователя двоично-десятичного кода, причем выход управляемого генератора тактовых импульсов соединен с первым входом кольцевого сдвигового регистра, разрядные выходы которого соединены с группой управляющих входов мультиплексора и демультиплексора, а также с группой входов первого преобразователя двоично-десятичного кода и с первой группой входов первого блока сравнения

кодов, вторая группа входов которого подключена к группе выходов второю преобразователя двоично-десятичного кода, группа входов которого соединена с группой выходов командоаппарата определения номера гнезда и с первой группой входов блока определения направления вращения, вторая группа входов которого подключена к группе выходов первого преобразователя

0 двоично-десятичного кода, первый и второй выходы блока определения направления вращения соединены с соответствующими входами блока управления приводом вращения магазина и с соответствующими ин5 формационными входами первого блока сравнения кодов, выход которого через элемент задержки соединен с информационным входом первого элемента памяти, вход сброса которого соединен с входом сброса

0 системы, а выход первого элемента памяти - с соответствующим входом блока управления приводом вращения магазина и с пер- аым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом датчика оста5 новки а выход - с входом останова блока управления приводом вращения магазина, вход включения которого соединен с выходом считывания задатчика номера инструмента и с первым управляющим входом

0 управляемого генератора тактовых импульсов, блок блокировки которого подключен к инверсному выходу второго элемента памяти, прямой выход которого подключен к COOT- i ветствующему входу блока управления при5 водом вращения магазина, а вход сброса - к входу сброса системы, группа информационных выходов задатчика номера инструмента соединена с первой группой входов второго блока сравнения кодов, вторая

0 группа входов которого соединена с группой выходов мультиплексора и группой входов блока памяти номера инструмента, подлежащего поиску, вход управления записью которого соединен с первым уп5 равляющим входом системы, второй управляющий вход которой соединен с входом управления записью блокч памяти кода инструмента в шпинделе, группа информационных входов которого соединена с группой

0 информационных выходов блока памяти номера инструмента, подлежащего поиску, а группа информационных выходов - с группой информационных входов демультиплексора, управляющий вход которого

5 подключен к третьему управляющему входу системы, а группа выходов соединена с группой адресных входов блока перепрограммируемой памяти абсолютных кодов инструментов и гнезд магазина, группа информационных выходов которого соедийена с группой информационных входов мультиплексора, вход начальной установки системы подключен к входам начальной установки кольцевого сдвигового регистра, блока перепрограммируемой памяти абсолютных кодов инструментов и гнезд магазина, блока памяти кода инструмента в шпинделе, вход разрешения цикла блока

управления приводом вращения соединен с соответствующим входом управления системы, вход быстрого вращения блока определения направления вращения является входом быстрого вращения системы, управляющий вход первого блока сравнения кодов соединен с входом задания режима системы.

Изобретение относится к электроавтоматике промышленных механизмов, а именно к автоматическому управлению инструментальными магазинами многооперационных станков и ЧПУ и гибких производственных модулей. Цель изобретения - упрощение системы и повышение надежности, т.е. разборка системы упрощенной структуры автоматического управления инструментальным магазином, использующей стандартный инструмент со свободным размещением инструментов в гнездах в процессе смены на доступной элементной базе, например программируемом контроллере или интегральных схемах, имеющий повышенную надежность. В структуру системы вводят кольцевой сдвиговый регистр, совмещающий функции выборки кода инструмента из таблицы соответствия и кодирования гнезда, где находится найденный инструмент, раздельные схемы совпадения поиска кода инструмента в таблице соответствия и кода гнезда в инструментальном магазине, а также промежуточную память хранения кода найденного инструмента и память кода инструмента, находящегося в шпинделе. Это позволят сократить число направлений потоков информации до трех: таблица соответствия - промежуточная память, память шпинделя - таблица соответствия, промежуточная память - память шпинделя. 9 ил. EiKSKU

ЦТ

Запись2

т

L

НУ

нп

Г 1.

(,T8t...,Teo)

Фиг f

я

ж

$ «N&

i

1

L

M X

«b

iirrnrr g B4tf itf i

±111

IT

dH

OB 2

«

Oo

s §

§s

«3

$

I

§

m

I

R

en

-j

СЛ

CO

rs

00

Л / Г

f

p

{Начало )

1675848

Фиг.З

ъ

§

5;

I

со

«а

; ъ cj

Фиг. 4

И6

анипулятор

(ну}) Шпиндель

г Понять JЈil шпинделя

Промежуток-гт:г( Ьапись

нпа ппмагпн IV

1 I ная память

Запись 2

Запись 3

Смена инструмента в

Смена, инструментов

В гщ

Против /70

-- Исходная позиция (КА21) Риг.З

ПКШО

fa

1)

й у Вращение ПО, У/т к. Мзаз 5;Наск 21.

N3ad.HUcK. исягНзаа)