Система управления выбором инструментов со свободным кодированием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧГСКИХРЕСПУБЛИК 1675848 9) 5 6 05 ОСУДАРСТВЕННО ИЗОБРЕТЕНРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ Т(Л ОО д ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪС(71) Горьковское станкостроительное производственное объединение(56) Авторское свидетельство СССР М 379918, кл. 6 05 В 21/00, 1971.Патент СШАМ 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 гнезах в процессе смены инструментов, реализуемой на программируемом контроллере или интегральных схемах с одновреструментальным магазином, использующеи 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 маазине, 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 фЬ. стоимости и повышением надежности. (фНа 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 кодом1675848 кпеная пиацая (А Раг. У Составитель И,ШвецТехред М.Моргентал орректор Н,Король аказ 3001 ВНИИПИ м при ГКНТ С эводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Редактор В,Данк3 Тиражрственного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, Раушская щение ПО,ае.= фискР.фиск7 б) =73 одписном и открыаб 4/5. 8 - рэктичгкая по адресу Т сигналом считывания Тзапукомандоаппарата; на 1 иг. 8 - практическеалиэация блока памяти номера инстру- скаее . - тся гене атор тактовых импульсов и вы,р Прея начальный сигнал в блок 20.а и блока памяти номера инструмента даетсв шпинделе; на фиг, 9 - принцип определе- управления приводом вращев а ения магазина,ния кратчайшего направления вращения 5 Генера рто 4 тактовцх импульсов с частотойсканирования при невращающемся магазиинструментального магазина,С м включает следующие элемен- не перемещает исходную "единицу" поСистема включает слегист а 3. П и этом через мульты (фиг, 1, 2); задатчик 1 номера инструмен- разрядам регистра . рксо 13 на пе вые входы блока 8 сравта, командоаппарат 2 определения номера типлексор ринст мента гнезда, кольцевои сдвс виговой 10. нения кода инструментов по очередирегистр 3, управляемый генератор такРУ4 - поступают коды инструментов, записанныхи емой памяти, Остовых импульсов, блок 5 перепрограмми- в блок 5 перепрограммируемой памяти, суемой памяти абсолютных кодов ществляется как бы пролистывание запиРУг зина, блок 6 па- санной в памяти таблицы с одновременныминструментов и гнезд магазина, лок пам от за атчимяти номера инструмента, подлежадлежащего по сравнением с заданным кодом диску блок памят омера нструменташпинделе, второй 8 и первый 9 блоки сравнения кодов, элементы 10, 11 памяти, де- операция сравнения (идентификации), примультиплексор 12, мультиплексор 13, чемпреобразователи 14, 15 двоична-десятично- =-Т б 1) М 1+(ко Т - =го кода, элемент 1 э задержки, блок 17 о р.- - =- Т . коги е- Совп 1 = (кодТ ==Та л,кодделения н и анаправления кратчайшего = Табл 2) ( д = - б 3) + ,2) М 2+(ко Т - : Табл 3) + ,я + (кодТ =Табл и) Мп,вращения магазина, элемент И 18, датчик 19останова, бва блок 20 упрааления приводом25 е ко Т - ВСД (двоично-десятичный) кодвращения магазина, инструментальный ма- где кодзадания инструмента, подлежащего поискуГдэин 21.г, 8 со е жит г уппу элемен- от задатчика 1;- 1 - (Табл 1-Табл п) - В СД - коды ячеек блокатов И 22,1 - 22 и и группу триггеров 23,1 -23,п, блок 7 содержит элементы И - НЕ 5 перепрограммируемой памяти, т,е. коды24,1 - 24,п и триггеры . - .и.25.1 - 25 30 инструментов, расположенных в гнездахБ 8 (фиг. 6) состоит из элемента магазина.И - НЕ 26 ячеек 27, содержащий элементы (И 1 - Мп) - сиг а р р длок-- н лц аз я ов сдвиговогоИ - 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 однимСистема работает в соответстетствии с ал из кодов блока 5 памяти блок 8 сравненияго итмом фиг. 3 и циклограммоймой 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 выполР.ру- представляющий собой. обычный ЯЯ-тригняетс рт я и оизвольная расстановка инст.ии 40 ге . Инверсный выход элемента 10 памятиментов в магазине, а первый по технологии гер.блокирует генератор 4 тактовых импульсов,обработки инструмент устанавливается в11шпиндель. При этом коды усты станавливаемых дальнейшее продвижение "единицы погист 3 п ек ан боре сигналом на- кольцевому сдвиговому регистРУ Р Ринструментов в предна орет а 3 с записаннойчальной становки (НУ) записываются в щается, Разряд регистра сог аммир емой памяти абсо "единицей" говорит о номере гнезда, в котоблок 5 перепрограммируемои памят со дтных кодов инструментов и гнезд ма- ром найден нужнльную таблицу обьем (разрядность) регистра 3, блока 5 пем м ограммируемой памяти юстщмесоответствия кодов гнезд магазина и кодов репрограмминструментов в них установленных, аа также тального магазина 21 совпадают.После того. как код инструмента найбл к 17 определения направленияГнездо . РУР 1 инст ментального магаэи- ден, локшего вращения по сравнению кодана устанавливаетсяд в исхо н ю позицию, а кратчаиА ук ль евого сдвигового регистраячейк кольцевого сдвигового ре- задания от кольцевв первую ячеику кНУ 55 3 поступающего через преобразователь 153 также с номером М 1 сигналом, поги стра тоично-десятичного кода и кода фактичеустанавлива двается е иница. На этом подгото- двположения магазина, поступающеговительнце оперпе а ии заканчиваются, ского полмандоаппарата 2, вырабатывает сигнаи вц аче задатчиком 1 кода инстру- от команд3 Ф Ф 3нта попп - лы направления вращения магазина "по имента подлежащего г 1 оиску, если это устройство ЧПУ, то в двоично-десятичном коде"против" часовой стрелки, т.е, по кратчайшему пути,Если по механической конструкции магазин нереверсивный, то блок 15 и 17 изсистемы исключаются. 5При наличии сигнала разрешения цикла(РЦ), т,е, отсутствия запрещающих блокировок из других схем общей злектроавтоматики станка, поступающего на вход блока 20управления приводом вращения магазина. 10формируется сигнал быстрого вращения магазина БВ = РЦ ВРАЩ ОС,Г, где БВ -быстрое вращение, ОСТ - сигнал остановкиот элемента И 18, ВРАЩ - сигнал вращенияот элемента 10 памяти. 15Магазин 21 начинает быстро вращаться, при этом начинает работать блок 9 сравнения кодов, сравнивая содержимоеразрядов регистра 3 с кодом командоаппарата 2, определяющего фактическое положение инструментального магазина.Для обеспечения идентичности сравниваемых кодов ВСД код командоаппаратапреобразуется в последовательный код,При этом выходной сигнал блока 9 сравнения кодов реализуется следующим образомСовп 2 = (М 1 КА 1 + М 2 КА 2 + МЗ КАЗ +++ йп 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" командоаппаратаговорит о том, что гнездо с нужным инструментом найдено.Сигнал совпадения (СОВП.2) через элемент 16 задержки времени запоминаетсяэлементом 11 памяти (ЙЯ-триггер), формируя сигнал "Замедление", поступающий на 40третий вход блока 20 управления приводом.Сигнал "Быстрое вращение" при этомне снимается. Если привод электрический,то сигнал "Замедление" уменьшает величину задающего напряжения на привод, тем 45самым уменьшая его скорость, а если гидравлический, то дополнительно включаетсязолотник, уменьшающий расход масла.При достижении магазином ближайшего датчика 19 остановки элемент И 18 вырабатывает сигнал "Остановка", включающийпривод, т.е, вращение магазина, ОСТ == ЗАМ Каст, где ОСТ - логическийсигнал "Остановка", ЗАМ - логическийсигнал "Замедление" (от элемента 11 памяти), Кост - сигнал датчика 19 остановки.Нужный инструмент найден, магазиностановлен и при необходимости фиксируется, Блок управления устройством Формирует сигнал "Запись 1", по которому код найденного инструмента из блока 5 пере-рограммируемой памяти переписывается в блок б памяти,Цикл поиска законченразрешена 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 инсгрумента, находящегося в шпинделе, через демультипле.сор 12, управпяемыи сигналами кольцевого сдвигового регистра 3, переписывается в блок 5 памчти, т.е. осуществляется перепись таблицы и привязка кода инструмента к коду гнезда магазина.Г 1 о сигналу "Запись 3" код вновь найденного и установленного в шпиндель инструмента переписывается из блока б памяти в блок 7 памяти кода инструмента, установленного в шпинделе.Процесс перекодировки иллюстрирует фиг. 5, показывающая выбор инструментов М 4,2 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: ПП 1, ПП 2, ПП, ПП 8, ПП 10, ПП 20, ПП 40, ПП 80-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, Т 1, Т 2, Т 4, Т 8, Т 10, Т 20, Т 40, Т 80 - 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 этих1675848 5 10 15 20 СОВП 1= Т 1 Т ПП 1 ПП Т 1 ПП 1 Х 25 30 35 40 45 кодов, т,е, выходной сигнал блока 8 сравнения. назовем его СОВП 1, определится так СОВП 1=(Т 1 =- ПП 1)(Т 2 = ПП 2)(Т 4 = ПП 4). (Т 80 = - ПП 80),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 1 ЦП 1+Д йП =Т йП 1+Т ПП 1 = Т (Т 1 + ПП 1) + П П 1(Т 1 + ПП 1) =- = Т 1 ТГ" ТТП+ ПП Т ПП =Т 1 ТХ Х ПП 1 ПП Т ПП 1.Используя этот вывод для всех разрядов и учтя, что элемент 10 памяти на элемента И - НЕ управляется инверсными сигналами, получим Х , Т 80 Т 80 ПП 80 ПП 80 Т 80 ПП 80,как показано на фиг, 9,Элемент 10 памяти представляет собойтиповой ВЯ-триггер, выходной сигнал которого обозначен аббревиатурой ВРАЩ -(вращение), так как дает в блок 20 управления приводом вращения магазина командуна вращение,2, Блок 9 сравнения кода гнезда длянереверсивного (для простоты пояснений)магазина приведен на фиг, 7,На первый вход блока последовательноразряд за разрядом подаются сигналы с. сдвигового регистра 3 (М 1, М 2, МЗ Ип),На второй вход подается аналогичныйкод (КА 1, КА 2, КАЗКАп), поступающийпри вращении магазина от командоаппарата 2 (обычно выполняемого в ВСД-коде) через преобразователь 14 В СД-кода впоследовательный.Работа. блока 9 сравнения кода гнездаразрешается сигналом БВ (быстрое вращение), поступающим из блока 20 управленияприводом,Поскольку сигналы от сдвигового регистра и командоаппарата поступают последовательно, то очевидно. что выходнойсигнал блока 9 СОВП 2 будет о том случае,если совпадут (придут одновременно) какие-либо разряды регистра и командоаппарата, т,е; СОВП 2 =. - (М 1 КА 1М 2 КА 2++ ЯЗ КАЗ++ Мп КАп) БВ, что и показанона фиг, 7,При работе блока 9 сравнения кодагнезда сдвиговый регистр 3 осгановлен наодном из разрядов при описке кода инструмента е перепро г.: лми;,омон памяти, 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 В 5-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 1 окажем это для реверсивного варианта исполнения магазина. СОВП 2 (ПО) = (Т 1 КАп + Т 2 КА 1 ++ Тп КАп)БВПО,СОВП 2 (ПРОТИВ) =(Т 1 КА 2+Т 2 КАЗ+ , + ТпКА 1)БВ ПРОТИВи СОВП 2 = СОВП 2 (ПО)+ СОВП 2 (ПРОТИВ),Вычерчивание схемы аналогично нереверсивному варианту фиг. 7, Здесь ПО и ПРОТИВ - 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 1 б задержки.3. Формирование сигнала ОСТ (остановка),Если нужный инструмент найден (за шаг до исходной позиции) и сформирован сигнал СОВ П 2, оп редел я ющий замедленное вращение магазина, то на следующем шаге магазин должен быть остановлен, т.е, ОСТ = ЗАМ Каст, что реализуется элементом И 18,Сигнал ОСТ блокирует привод (электрический вариант) или выключает золотник вращения (гидравлический вариант),4. Блоки б и 7 памяти кода инструмента представляют. собой параллельные регистры и выполняются на ЯЯ-триггерах (фиг, 8), Каких-либо пояснений здесь нет. На фиг, 8 приняты обозначения: ПП 1 - ПП 80 - выходы блока 5 перепрограммируемой памяти. ПрП 1 - ПрП 80 - выходы блока б памяти номера инструмента, ПКШ 1 - ПКШ 80 - выходы блока 7 памяти номера инструмента шпинделя, РУ 1 - РУ 80 - сигналы "ручной установки" для представительной записи кода с пульта оператора станка, НУ - начальная установка.Блок 5 перепрограммируемой памяти - это также набор аналогичных типовых КЗ- триггеров. Их общее число 8 х й, где 8 - восемь разрядов ВСД-кода (одна ячейка памяти), М - 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 упрощениясистемы 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 сравнениякодов, 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 510 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 эле 15 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 20 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 инстру 35 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 управ 45 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 соеди 50 55 инверсному выходу второго элемента памяти, 1675848нена 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,