Устройство для позиционирования и контроля размерного износа режущего инструмента в станках с чпу

(56) 1. Патент ВеР 1484711, кл. С)2. АвторскоеР 829404, кл. В 2п тотип 97 СС ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ л. Р 43(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ РАЗМЕРНОГО ИЗНОСАРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В СТАНКАХ С ЧПУ,содержащее датчик положения инструмента, связанный через триггер и логический элемент И с цифровым счетчиком, блок управления приводом подачи рабочего органа, второй логическийэлемент И, связанный с выходом триггера, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышению точности обработки путем исключения влияния погрешности перебега на точность позиционирования инструмента, оно снабжено датчиком положения рабочего органа, связанным с вторым входом первого логи.есческого элемента И, соединенными последовательно коммутатором, входы которого соединены с цифровым счетчиком и выходом второго логическогоэлемента И, регистром начальногоуровня износа и схемой сравнения,связанной также с выходом циФровогосчетчика, блоком управлЕния началомотсчета износа, соединенным с вторымвходом второго логического элемента И,сумматором, соединенным с выходамнцифрового счетчика и регистра буфер- Еной памяти устройства ЧПУ и с входомрегистра рабочей. памяти устройстваЧПУ, при этом триггер и цифровойсчетчик связаны через элемент задерж- Ски с выходом устройства ЧПУ, выдающим сигнал Конец отработки кадра 1. ЯИзобретение относится к машиностроению и предназначено для размерной настройки станков с ЧПУ и определения критического уровня износа инструмента в процессе обработки,Известно устройство для определения положения режущих кромок, в котором проверка фактического положениярежущих кромок инструмента осуществляется относительно контрольных поверхностей датчиков, расположенныхна станке. В этом устройстве в качестве измерительного элемента используется параметрический датчик, выходной электрический сигнал которогопропорционален величине отклонения 15датчика от исходного положения Я .Недостатком устройства является то,что на точности определения положения инструмента сказываются погрешность перебега рабочего органа в кон це перемещения подвода и погрешностьпреобразования механической величиныперемещения датчика в аналоговыйэлектрический сигнал,1.0 25Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство для определения размерного износа и контроля положения режущего инструмента в токарных станкахс ЧПУ, содержащее датчик положения режущего инструмента, триггер, программный реверсивный счетчик, коммутатор шагового двигателя станкаи логический элемент, дополнительный логический элемент и блок управления, подключенный к одному иэ вхо" дов дополнительного логического элемента, другой вход которого соединен с выходом триггера, к входам которого подключены датчик,и выход 40 блока ЧПУ, выдающий сигнал Конец отработки кадра, а выход дополнительного логического элемента подключен к установочному входу ревер" сивного счетчика, положительный вход 45 которого соединен с выходом кольце" вой декады блока ЧПУ, управляющей перемещением суппорта в положитель ном направлении, а его отрицательный вход соединен с выходом логичес"0 кого элемента, к входам которого подключены выход кольцевой декады блока ЧПУ управляющей перемещением суппорта в отрицательном направлении, и выход триггера, причем выход логи" ческого элемента соединен с входом коммутатора шагового двигателя станка. В устройстве позиционирование инструмента достигается путем прерывания подачи рабочего органа в мо" мент срабатывания датчика положения 60 инструмента при взаимодействии с ре" жущей кромкой инструмента, Наличие динамической массы рабочего органа, мертвого хода кинематических цепей станка создает погрешность пере" 5 бега при мгновенной остановке станка Я.Недостатком известного устройства является то, что погрешность перебега в нем не контролируется, в результате чего остается неучтенной и целиком входит в погрешность дальнейшей обработки изделия на станке, т.е, снижается точность обработки. Погрешность перебега тем больше, чем больше скорость подвода инструмента к датчику, Для уменьшения этой погрешности приходится использовать медленные подачи для подвода инструмента к датчику контроля положения, что существенно снижает общую производительность станка.Цель изобретения - повышение точности обработки путем исключения влияния погрешности перебега на точность позиционирования инструмента, а,также производительности обработки,за счет использования быстрых подач при позиционировании инструмента.Поставленная цель достигается тем, что .устройство для позиционирования и контроля Размерного износа режущего инструмента в станках с ЧПУ, содержащее датчик положения инструмента, связанный через триггер и логический элемент И с цифровым счетчиком, блок управления приводом подачи рабочего органа, второй логический элемент И, связанный с выходом триггера, снабжено датчиком положения рабочего органа, связанным с вторым входом первого логического элемента И, соединенными последовательно коммутатором, входы которого соединены с циФровым счетчиком ь выходом второго логического элемента И, регистром начального уровня износа и схемой сравнения, связанной также с выходом цифрового счетчика, блоком управления началом отсчета износа, соединенным с вторым входом второго логического элемента И, сумматором, соединенным с выходами цифрового счетчика и регистра буферной памяти устройства ЧПУ и с входом регистра рабочей памяти устройства ЧПУ, при этом триггер и цифровой счетчик связаны через элемент задержки с выходом устройства ЧПУ, выдающим сигНал Конец отработки кадра 1.На фиг. 1 изображена схема устройства," на Фиг. 2 (а,б) - схема осуществления позиционирования при различном положении инструмента относительно датчика; на фиг, 3(а,б) то же, при наличии перебега.Устройство содержит датчик 1 положения инструмента, триггер 2, элемент 3 временной задержки сигнала Конец отработки кадра, датчик 4 положения рабочего органа, логический элемент И 5, цифровой счетчик б, сумматор 7 числовых значенийперемещения, блок 8 управления началом отсчета величины износа инструмента, логический элемент И 9, коммутатор 10 числа, записанного в цифровом счетчике, регистр 11 начального уровня износа, схему 12 сравнениятекущего и начального уровня износа, .логический элемент 13 устройства ЧПУ,с выхода которого снимается сигналКонец отработки кадра, регистры 14 и 15 соответственно буфернойи рабочей памяти величины программного перемещения и блок 16 управленияприводом подачи устройства ЧПУ., привод 17 подачи и рабочий орган 18станка.Позиционирование инструмента осуществляется в следующей последовательности (фиг. 2 а). Пусть в исходном положении вершина инструмента Моказалась на расстоянии 4 от поверхности М Й датчика. Поскольку инструмент может занимать различное положение в рабочем органе и иметь износ,то расстояние 1 неизвестно. В программе задается заранее неизвестноеперемещение подвода рабочего органав сторону датчика из исходного положения на величину С (СМ), а такжеперемещение отвода, равное той жевеличине С. Когда вершина инструмента М достигает поверхности датчикаМЙ, датчик срабатывает и его сиг-,нал служит началом измерения величины В - оставшейся части перемещенияподвода С. Измерение величины В заканчивается с окончанием перемещенияподвода . Перед началом отвода производится суммирование измеренной ве.личины В с заданной в программе величиной перемещения отвода С. Поэтому отвод инструмента производитсяна величину С+В, По окончании перемещения отвода (фиг. 2, а) вершинаинструмента оказывается на расстоянии С от поверхности датчика, а величина С заранее известна, т.е. вершина инструмента оказывается в заранее известной точке, При любом другом начальном положении инструментаотносительно датчика он выйдет натот.же уровень (фиг. 2б),функции устройства по контролюкритического уровня. износа инструмента состоят в том, чтобы в первомцикле позиционирования запомнитьизмеренную величину В, а в послэдующих циклах вычислять износ как разность первоначального и текущихзначений В и сравнивать его с критическим уровнем износа.Устройство работает следующимобразом.В процессе выпвлнения перемещения подвода к датчику 1 положенияинструмента вершина инструмента приходит во взаимодействие с его воспринимающей поверхностью. Датчик 1 срабатывает и переводит триггер 2 в единичное состояние, Единичный выход триггера открывает логический элемент И 5 по одному из входов. На второй вход логического элемента 5 с выхода датчика 4 положения рабочего органа непрерывно поступают импульсы, число которых пропорцио"нально величине перемещения рабочего10 органа 18. После открывания логичес"кого элемента 5 при дальнейшем перемещении рабочего органа 18 с инструментом логический элемент 5 пропускает на вход цифрового счетчика 6 им 15 пульсы с датчика 4, По завершенииотработки перемещения подвода в счет.чике б оказывается записанным число(В), равное части перемещения отмомента срабатывания датчика 1 доостановки рабочего органа, Это числопоступает на один вход сумматора 7,На втором входе сумматора 7, непо-.:средственно соединенном с выходомрегистра 14 буферной памяти устройства ЧПУ, имеется число, равное абсолютной величине перемещения отвода(С), заданного в следующем кадрепрограммы. На выходе сумматора в соответствии с принципом параллельногосуммирования формируется число, равное сумме абсолютной величины перемещения отвода (С) и измеренной части перемещения подвода (В). Выход сумматора 7 связан с входом регистра 15.рабочей памяти устройства ЧПУ, По35 сигналу фКонец отработки кадра,поступающего с выхода логическогоэлемента 13 устройства ЧПУ на управляющий вход регистра 15 рабочей памяти после окончания перемещения40 подвода, осуществляется запись суммы с выхода сумматора 7 в регистр 15.К.моменту окончания записи сигналКонец отработки кадра заканчивает прохождение элемента 3 времен 45 ной задержки, после чего осуществляет возврат триггера 2 в исходноесостояние и обнуляет цифровой счетчик б. Сумма, записанная в регистр 15рабочей памяти, отрабатывается блоком 16 управления приводом подачи,который управляет приводом 17 подачи станка таким образом, что рабочий орган 18 с инструментом совершает перемещение отвода на величинууказанной суммы. При этом вершина55 инструмента оказывается на заранееизвестном расстоянии от датчика,равном заданной в программе величинеперемещения подвода (С),Если вследствие наличия зазоров60 в кинематических цепях станка и инерционности подвижных узлов происходитперебег на величину Ь (фиг.,3 а)в конце перемещения подвода С, товеличина перебега, в отличие от из 65 вестного проконтролируется датчиФком 1 положения рабочего органа иизмеряется не величина В, а фактическая величина с учетом В+Ь. Эта фактическая величина при отводе суммируется с программным перемещениемотвода С в сумматоре 7 и отвод осу"ществится в заданную точку, отстоящую от поверхности датчика ЙИ на величину С. Таким образом, погрешностьперебега Д не влияет на точность позиционирования, какой бы Она Ни была (фиг. 3. б),Контроль критического уровня износа инструмента осуществляется следующим образом, 15В первом цикле позиционирования блок 8 управления открывает логичес-кий элемент И 9 по одному из входов, При взаимодействии инструмента с датчиком 1 и срабатывании триггера 2 сигнал с выхода триггера поступает на второй вход логического элемента 9, Элемент 9 оказывается открытым по обоим входам и своим выходным сиг- налОМ управляет коммутатором 10 та- . ким образОМ, чтО ПОСЛЕдний соЕдиияет выход цифрового счетчика б с входом регистра 11 начального уровня износа, При этом осуществляется запись в регистр 11 числа В, записанного в счетчике б. В последующих циклах позиционирования блок 8 управления оставляет закрытым логический элемент И 9, Таким образом, информацня в регистре 11,не может обновляться и служит началом Отсчета при опреде лении уровня критического износа инструмента, В каждом последующем цикле число, записанное в счетчике б, поступает с выхода счетчика на вход схемы 12 сравнения. На второй вход 4 О схемы сравнения с выхода регистра 11 начального уровня износа поступает число, записанное в первом цикле. В схеме сравнеиия по величине разнос. ти входных величин определяется степень износа инструмента и при достижении критического уровня износа вырабатывается сигнал на сменуинструмента,На точность контроля износа прииспользовании предлагаемого устройства не влияет погрешность перебега Ь, Каждый цикл Позиционированияи контроля износа осуществляетсяавтоматически по программе, поэтомускорость подвода рабочего органа кдатчику положения инструмента вкаждом цикле одна и та же. Следовательно, одной и той же остается ипогрешность перебега Ь, относящаясяк постоянным систематическим погрешностям. Если в первом цикле позиционирования в счетчике б зарегистрирована и записана в регистр 11 начального уровня износа величина В+а, ав одном из последующих циклов всчетчике 6 зарегистрирована новаявеличина В + Д, где В = В- Ь износа, то/(В+А) - (В ф+Ь) = В-В:Ь взноса,оТаким образом, на точность определения величины износа погрешность перебега не влияет,Использование предлагаемого устройства обеспечивает следующие преимущества по сравнению с. известным:увеличивается точность отработки,поскольку исключается влияние погрешности и перебега; увеличиваетсяпроизводительность обработки, поскольку исключение влияния погрешности перебега позволяет использовать быстрые подачи при автоматическом позиционировании инструмента;расширяется область применения, поскольку устройство может быть использовано не только на станках с ЧПУс шаговым приводом подачи, но и настанках с ЧПУ со.следящим Приводом.Это преимущество обусловлено тем,что в устройстве не используются какие-либо блоки ЧПУ и станка, специфичные для шагового привода. В извеетном устройстве такими блокамиявляются кольцевые декады устройстваЧПУ и коммутатор-шагового двигателястанка.1055 б 27 ФАЗ Составитель А.ПечкШулла Техред М.Тепер ор писноеСССР д, 4/ 1 П Патен г.ужгород, ул.Проектная,Фи 07/14 Тираж 760 ВНИИПИ Государствен ло делам изобретен 113035, Москва, Ж