Система управления выбором инструментов со свободным кодированием

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧГСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 05 В 19/18

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4666923/24 (22) 30,01.89 (46) 07.09,91, Бюл. № 33 (71) Горьковское станкостроительное производственное объединение (72) Е,А. Чернов (53) 621.503.55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 379918, кл. G 05 В 21/00, 1971.

Патент США

¹ 4581810, кл. В 23/О, опублик. 1986.. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫБОРОМ

ИНСТРУМЕНТОВ СО СВОБОДНЫМ КОДИРОВАНИЕМ (57) Изобретение относится к электроавто-. матике промышленных механизмов, а имен.но 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 инИзобретение относится к злектроавтоматике 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 одновре„„SU ÄÄ 1675848 А1 струментальным 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, менным 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

1675848 рэктич < кая п p адресу Т I налом считывания Т(запу командоаппарата; а 1>иг. 8 — практическ еалиэация блока памяти номера инстру- скае е - тся гене атор тактовых импульсов и вы,р о

pе я начальный сигнал в блок 20 . i а и блока памяти номера инструмента даетс в шпинделе; на фиг, 9-- принцип определе- управления приводом враще в а ения магазина. ния кратчайшего направления вращения 5 Генера р то 4 тактовых импульсов с частотой сканирования при невращающемся магазиинструментального магазина.

С м включает следующие элемен- не перемещает исходную "единицу" по

Система включает сл егист а 3. П и этом через мульты (фиг, 1, 2): задатчик 1 номера инструмен- разрядам регистра . р ксо 13 на пе вые входы блока 8 сравта, командоаппарат 2 определения номера типлексор р инст мента гнезда, кольцевои сдв с виговой 10. нения кода инструментов по очереди регистр 3, управляемый генератор такРУ

4 — поступают коды инструментов, записанных и емой памяти. Oстовых импульсов, блок 5 перепрограмми- в блок 5 перепрограммируемой памяти. суемой памяти абсолютных кодов ществляется как бы пролистывание запиРУ

r з3и нHа, блок 6 па- санной в памяти таблицы с одновременным инструментов и гнезд магазина, лок пам от за атчимяти номера инструмента, подлежа длежащего по- 15 сравнением с заданным кодом д иску блок памят омера нструмента шпинделе, второй 8 и первый 9 блоки сравнения кодов, элементы 10, 11 памяти, де- операция сравнения (идентификации), примультиплексор 12, мультиплексор 13, чем преобразователи l4, 15 двоична-десятично- 20 — =- Т б 1) Ni + (êî Т вЂ”= го кода, элемент 13 задержки, блок 17 о р.- — =- Т, ко и е- Совп1 = (кодТ = =Та л .код деления н и направления кратчайшего = Табл2) (д = б 3) + „.

2) М2 + (ко Т— : Табл3) + „.

+ (кодТ =Табл n} Nn, вращения магазина, элемент И 18, датчик 19 останова, б ва блок 20 упрааления приводом

25 е ко Т вЂ” ВСД (двоично-десятичный) код вращения магазина, инструментальный ма- где код задания инструмента, подлежащего поиску газин 21. г, 8 со е жит r уппу элемен- от задатчика 1; — .1 — (Табл1-Табл п) — В СД вЂ” коды ячеек блока тов И 22,1 — 22 и и группу триггеров 23,1—

23.п, блок 7 содержит элементы И вЂ” НЕ 5 перепрограммируемой памяти, т,е. коды

24,1 — 24,п и триггеры . — .и.

25.1 — 25.. 30 инструментов, расположенных в гнездах

Б 8 (фиг. 6) состоит из элемента магазина.

И вЂ” НЕ 26 ячеек 27, содержащий элементы (N1 — Мп) — сиг а р р д лок — — н лы аз я ов сдвигового

И вЂ” НЕ 28 — 30, а блок 9 — из группы элемен- регистра 3. тов И 31.1 — 31,п и элемента ИЛИ 32. При совпадении кода Т задания с одним

Система работает в соответст етствии с эл- 35 из кодов блока 5 памяти блок 8 сравнения го итмом фиг. 3 и циклограммой мой фиг, 4 сле- кодов вырабатывает сигнал (СО ), говю им об азом, рящий, что нужный код найден. Этот сигнал (СОВП 1) записывается в элемент 10 памяти, Пе ед началом работы на станке выполPpg- представляющий собой. обычный RS-тригняетс р т я и оизвольная расстановка инст ии 40 ге . Инверсный выход элемента 10 памяти ментов в магазине, а первый по технологии гер. блокирует генератор 4 тактовых импульсов, обработки инструмент устанавливается в

i! II шпиндель. При этом коды уст

ы станавливаемых дальнейшее продвижение "единицы по гист 3 п ек ан боре сигналом на- кольцевому сдвиговому регистру р р— инструментов в предна оре т а 3 с записанной чальной становки (HY) записываются в щается, Разряд регистра с ог аммир емой памяти абсо- 45 "единицей" говорит о номере гнезда, в котоблок 5 пеp рограммируемo памят со д тных кодов инструментов и гнезд ма- ром найден нужн льную таблицу обьем (разрядность) регистра 3, блока 5 пеов еп ограммируемой памяти и инструменсоответствия кодов гнезд магазина и кодов репрограмм инструментов в них установленных, а а также тального магазина 21 совпадают.

После того. как код инструмента найбл к 17 определения направления

Гнездо, ру

М 1 инст ментального магаэи- ден, лок шего вращения по сравнению кода на устанавливается в исхо н ю позицию, а кратчаи

А у к ль евого сдвигового регистра ячейк кольцевого сдвигового ре- задания от кольцев в первую ячеику к

НУ 55 3 поступающего через преобразователь 15

3 также с номером N 1 сигналом, по ги стра т оично-десятичного кода и кода фактичеустанавлива д вается е иница. На этом подгото- . дв положения магазина, поступающего вительные опер пе >а ии заканчиваются, ского пол мандоаппарата 2, вырабатывает сигнаи вы аче задатчиком 1 кода инстру- от команд

3Ф Ф мента по я.... — лы направления вращения магазина "по и мента по лежащего г1оиску, если это уст1 ройство ЧПУ, то в двоично-десятичном коде

1875818

"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. 10 формируется сигнал быстрого вращения магазина БВ = РЦ ВРАЩ ОС,Г, где БВ— быстрое вращение, ОСТ вЂ” сигнал остановки от элемента И 18, ВРА٠— 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 командоаппарата 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 KAn) 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. 0CT =

= 3AM Каст, где ОСТ вЂ” логический сигнал "Остановка", ЗАМ вЂ” логический сигнал "Замедление" (от элемента 11 памяти), Кост — сигнал датчика 19 остановки.

Нужный инструмент найден, магазин остановлен и при необходимости фиксиру25

55 ется. Блок управления устройством формирует сигнал "Запись 1", по которому код найденного инструмента из блока 5 переr рограммируемой памяти переписывается в блок 6 памяти, Цикл поиска закончен -- разрешена смена инструментов манипулятором. По окончании смены инструментов вновь найденный инструмент устанавливается в шпиндель, а отработавший из шпинделя — в освободившееся в магазине гнездо. По этой причине производится перекодировка блока 5 памяти, т.е. изменение записанной в него таблицы.

По сигналу "Запись 2" код отработавшегс инструмента из блока 7 памяти кода инструмента, находящегося в шпинделе, через демультиплексор 12, управляемый сигналами кольцевого сдвигового регистра 3, пере-. сывае ся в блок 5 памяти, т.е. осуществляется перепись таблицы и привязка кода инструмента к коду гнезда магазина.

iio сигналу "Запись 3" код вновь найденного и установленного в шпиндель инструмента переписывается из блока 6 памяти в блок 7 памяти кода"инструмента, установленного в шпинделе.

Процесс перекодировки иллюстрирует фиг. 5, показывающая выбор инструментов

М4,2 и 9.

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

Рассмотрим практическую реализацию наиболее характерных блоков системы.

1, Блок 8 сравнения кода инструмента и элемент 10 памяти представлены на фиг, б, На первый вход блока 8 сравнения кодов через мультиплексор 13, управляемый сигналами разрядов сдвигового регистра 3. подается в ВСД-коде информация от блока

5 памяти, Введем обозначения: ПП1, ПП2, ПП, ПП8, Г1П10, ПП20, ПП40, ПП80 — разряды

ВСД-кода той или иной ячейки блока 5 перепоограммируемой памяти (здесь ячейка— это все восемь бит, несущих информацию о номере инструмента).

На второй вход блока 8 сравнения поступает 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, Т8, Т10, Т20, Т40, Т80 — разряды ВСД-кода задания.

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

1675848

ПП! . Tl ПП!Х

45 кодов, т.е, выходной сигнал блока 8 сравнения. назовем его СОВП 1, определится так

СО В П 1 = (Т1 = :- ПП1) (Т2 = ПП2) (Т4 = ПП4) . „ (r80 = — 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 (Т!ПП!1 = Т ЦП -Д йП Т! ПП!+

+ Tl ПП! = Tl (Ò! + Г1П!} + ПП!(Т! + ПП1}== Tl ТТ= ТТП!+ ПГИ ТГ ПП! = TI TIX

X ПП! ПП! Т! ПП1.

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

СОВП = Tl . Tl ПП!

X „„, Т80 Т80 ПП80 ПП80 . Т80 ill80, 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, N3,..., Nn).

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

Работа. блока 9 сравнения кода гнезда разрешается сигналом ER {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 о том случае, если совпадут (придут одновременно) какие-либо разряды регистра и командоаппарата, т.е; СОВГ1 2 == (N1 КА1 N2 КА2+

+ N3 КАЗ+ ... + Мп КАп) БВ. что и показано на фиг, 7, При работе блока 9 сравнения кода гнезда сдвиговый регистр 3 асгановлен на одном из разрядов при поиске кода инструмента е перепpof ëi II1 „-. ..мои памяти, а коды командоаппарата постоянно меняются при вращении l1BI 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. г!окажем это для реверсивного вариа:--.а ",сполнения магазина.

СОВП 2 (ПО) = (T1 КАп + Т2КА1 + ...

+ Tn KAn-1) БВ IlG, СОВП 2 (ПРОТИВ) = (Т! КА2+ Т2 КАЗ+ .„

+ Tn КА1) БВ ПРОТИВ и СОВП 2 = СОВП 2 (ПО)+ СОВП 2 (ПРОТИВ), Вычерчивание схемы аналогично нереверсивному варианту фиг. 7, Здесь ПО и

ПРОТИ — логические сигналы блока 17 определения направления вращения инструментального магазина, соответственно, "по" и "против" часовой стрелке, Для того, чтобы импульс датчика 19 останова не формировал сигнал останова в момент появления сигнала СОВП 2, последний записывается в элемент 11 памяти через элемент 16 задержки.

3. Формирование сигнала ОСТ (остановка).

Если нужный инструмент найден (за шаг до исходной позиции) и сформирован сигнал СОВ П 2, on ределя ющий замедленное вращение магазина, то на следующем шаге магазин должен быть остановлен, т.е, ОСТ = 3AM Каст, 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, ПКШ1 — ПКШ80 — выходы блока 7 памяти номера инструмента шпинделя. РУ1 — РУ80 — сигналы "ручной установки" для представительной записи кода с пульта оператора станка, НУ вЂ” начальная установка.

16 15848

Блок 5 перепрограммируемой памяти— это также набор аналогичных типовых RSтриггеров. 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, отл и ч а ю щ а я с я 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 двоична-десятичного кода и с первой группой входов первого блока сравнения кодов, вторая группа входов которого подключена к группе выходов второго 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 двоично-десятичного кода, первый и второй

10 выходы блока определения направления вращения соединены с соответствующими входами блока управления приводом вращения магазина и с соответствующими информационными входами первого блока сравнения кодов, выход которого через эле15 мент задержки соединен с информационным входом первого элемента памяти, вход сброса которого соединен с входом сброса системы, а выход первого элемента памяти — с соответствующим входом блока управления приводом вращения магазина и с первым входом элемента И, второй вход ко: орого соединен с выходом датчика остановки, а выход — с входом останова блока

25 управления приводом вращения магазина, вход включения которого соединен с выходом считывания задатчика номера инструмента и с первым управляющим входом управляемого генератора тактовых импульсов, блок блокировки которого подключен к

30 прямои выход которого подключен к соответствующему входу блока управления приводом вращения магазина, а вход сброса— к входу сброса системы, группа информационных выходов задатчика номера инстру35 мента соединена с первой группой входов второго блока сравнения кодов, вторая

40 группа входов которого соединена с группой выходов мультиплексора и группой входов блока памяти номера инструмента, подлежащего поиску, вход управления записью которого соединен с первым управляющим входом системы, второй управ45 ляющий вход которой соединен с входом управления записью блока памяти кода инструмента в шпинделе, группа информационных входов которого соединена с группой информационных выходов блока памяти номера инструмента, подлежащего поиску, а группа информационных выходов — с группой информационных входов демультиплексора, управляющий вход которого 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 соеди50

55 инверсному выходу второго элемента памяти, 1675848 нена 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

5 входом быстрого вращения системы, управляющий вход первого блока сравнения кодов соединен с входом задания режима системы.

1675848

Н!74/ gag

1675848

1б7 о4Я до шнзиббшанп пнэид д :Г

О I t u 6 3 юбшэпгч о Я ф. о

"3 © э ь

О

О 1. ъ

4 4 м с

„ .. э <

До

4 h э

Д сь

6 д ф

Ва (7ШЩ / 27ll с Р нюиайъиипдгобиайу 3

Ш,771 3e7 /

О О Q О O СЪ О

1675048

Фиг. 7

1675848

Про щение П0, ul. +um

d < +ucs.

Tb ) =73

Искп1ная ппиция (хйЯ

Раг. У

Составитель И,Швец

Техред М.Моргентал Корректор Н,Король

Редактор В,Данко

Заказ 3001 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101