УСТРОЙСТВО ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ СТАНКОМ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам числового программного управления (ЧПУ) различными объектами производственного и непроизводственного назначения и, в частности, может быть использована в станкостроении, а именно - в металлорежущих станках, например, расточных или сверлильных общего и специального назначения, токарных и других.
Обеспечение высокого качества технологических процессов при минимальных затратах труда и времени на их подготовку и изготовление является одним из главных условий рационального использования станков с ЧПУ в промышленности.
Широкое применение станков с ЧПУ в различных отраслях промышленности, и в частности, в станкостроении, взамен универсального оборудования имеет существенные особенности и создает определенные преимущества, в частности, такие как сокращение сроков подготовки производства на 50-75%, сокращение общей продолжительности цикла изготовления продукции на 50-60%, экономию средств на проектирование и изготовление технологической оснастки на 30-85%, повышение производительности труда за счет сокращения вспомогательного и основного времени обработки на станке и др. [1].
Служебное назначение станка с ЧПУ определяется некоторым множеством обрабатываемых на нем деталей, а структура комплекса «станок с ЧПУ» можно представить как сочетание взаимосвязанных основных блоков - управляющая программа, устройство ЧПУ, включающее объединенные информационной шиной микропроцессор, устройства ввода-вывода,
управления и индикации, дисплей, контроллеры и собственно станок с приводами перемещения рабочих органов.
Известно устройство ЧПУ, содержащее связанные через средства согласования и информационную шину память программ обработки детали, средство ручного управления перемещением исполнительных органов параллельно осям станка, выполненное в виде четырехпозиционного манипулятора, контроллеры управления движением исполнительных органов, средства индикации и видеоотображения вводимой, выводимой и хранимой текстовой и графической информации и микроэвм [2,3].
Перед обработкой детали управляющая программа в виде последовательности команд, записанных в памяти операций в виде последовательности кадров заносится с видеоотображающего устройства в память программ, при этом каждый кадр представляет собой элементарное перемещение режущего инструмента из одной точки обработки детали в другую. Затем микроэвм поочередно кадр за кадром передает введенную программу контроллеру управления движением, в результате чего каждый кадр трансформируется последним в траекторию движения инструмента, который образует заданную поверхность детали.
Существенным недостатком известного устройства является высокая трудоемкость подготовки управляющей программы и введение ее в ЧПУ. Процесс отработки программы для ЧПУ включает два этапа - виртуальный и реальный. На первом этапе технолог - программист по виртуальной модели в виртуальном пространстве и виртуальном времени осуществляет написание программы с расчетом и вводом координат всех точек позиционирования инструмента для обработки детали и ее загрузку в память программ устройства ЧПУ. На втором этапе оператор станка производит отработку написанной программы обработки детали \по реальной модели в реальном пространстве и в реальном времени.
Целью предлагаемой полезной модели является снижение трудоемкости подготовки и введения управляющих программ в систему ЧПУ за счет упразднения виртуального этапа программирования.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство ЧПУ, содержащее связанные через средства согласования и информационную шину память программ обработки детали, средство ручного управления перемещением исполнительных органов параллельно осям станка, выполненные в виде четырехпозиционного манипулятора, контроллеры управления движением исполнительных органов, средства индикации и видеоотображения вводимой, выводимой и хранимой текстовой и графической информации и микроЭВМ введен дополнительный четырехпозиционный ручной манипулятор и дополнительная память координат контура обрабатываемой детали, которые через соответствующие согласующие устройства соединены с информационной шиной устройства ЧПУ.
Предлагаемое техническое решение представлено на чертежах, где:
- на Фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства;
- на Фиг.2 представлена графическая интерпретация обработки
поверхности в виде конуса с диаметром D и d на токарном станке Предлагаемое устройство ЧПУ, например, токарным станком, содержит микроэвм 1 (см. Фиг.1), память 2 программ для обработки детали, память 3 координат контура обрабатываемой детали, контроллер 4 управления движениями исполнительных органов станка, четырехпозиционный ручной манипулятор 5 для управления перемещением режущего инструмента параллельно осям станка, четырехпозиционный ручной манипулятор 6 для управления перемещением режущего инструмента по траектории, расположенной под углом к осям станка, видеоотображающее устройство 7, согласующие устройства 8, информационную шину 9 и обрабатывающий станок 10. Все блоки устройства ЧПУ связаны с информационной шиной через
согласующие устройства, которые на чертежах показаны одной позицией 8. Контроллер 4 управления движениями также взаимосвязан с приводами станка и формирует траектории движения режущего инструмента в процессе обработки детали.
Оба четырехпозиционных манипулятора 5 и 6 имеют по четыре электрических контакта. При смещении манипулятора в одно из четырех положений происходит замыкание одного из контактов. Направление перемещения манипулятора совпадают с направлением движения обрабатывающего инструмента, а манипуляторы имеют нейтральное положение.
i
i
i
i
i
i
i
i
Предлагаемое устройство ЧПУ работает следующим образом. Например, требуется обработать на токарном станке с ЧПУ цилиндрическую деталь, имеющую конусный участок, т.е. участок поверхности, расположенный под углом к оси центров станка. Обрабатываемая деталь оператором закрепляется в патроне станка, в память контура обрабатываемой детали с видеоотображающего устройства по адресам X- координат точек по оси Х станка, Z- координат точек детали по оси Z станка и I К - проекций радиусов обрабатываемых окружностей на оси Х и Z станка последовательно заносятся данные (X), (Z), (I), (К) с конструктивного чертежа детали.
i
i
i
i
i
i
i
Для каждого элементарного перемещения обрабатывающего инструмента отводится один сегмент памяти с адресами Х, Z, I, К и данными в виде координат (X), (ZQ, (I), (К) -.т.е. размеров детали, указанных на чертеже. Вся последовательность движений обрабатывающего инструмента составит совокупность сегментов памяти - координат контура обрабатываемой детали. Оператор включает привод станка и его системы и деталь приводится во вращение.
i
i
Между сегментами в память координат контура обрабатываемой детали после начала обработки с видеоотображающего устройства по адресам S -скорость вращения обрабатываемой детали и F - величина перемещения
i
i
режущего инструмента заносятся данные (S) и (F), конкретизирующие непосредственные значения величин скоростей движения детали и инструмента. Последовательность занесения информации по данным адресам произвольная и фиксируется в памяти координат контура обрабатываемой детали только с ее конструктивным изменением.
После ввода с видеоотображающего устройства всех координат контура обрабатываемой детали в память устройства ЧПУ начинается ее обработка. Скорости вращения детали и перемещения обрабатывающего инструмента уже заданы и исполнительные органы включаются в работу. МикроЭВМ обращается к первому сегменту памяти, определяя функцию траектории движения инструмента по формуле:
G01={[(I)=0]*[(K)=0]}
где:
G01 - функция отработки устройством ЧПУ линейной интерполяции;
* - знак логического «И»;
Далее оператор станка приступает к непосредственной обработке детали и формированию программы обработки. При помощи первого четырехпозиционного ручного манипулятора оператор производит смещение траектории перемещения обрабатывающего инструмента параллельно заданной в сегменте памяти, задавая глубину резания обработки (см.Фиг.2).
д
д
д
Ограничения перемещения в системе координат детали Х-0-Z запишутся:
и
и
и
При помощи второго манипулятора оператор станка производит перемещение обрабатывающего инструмента параллельно траектории, заданной сегментом памяти. Координаты конечных точек перемещения инструмента опишутся в координатной системе инструмента Х-0-Z выражается:
и
В записанных выражениях Х.,i Z и. i- координаты расположения инструмента.
В процессе управления оператор станка может остановить перемещение инструмента в произвольной точке смещением любого четырехпозиционного манипулятора в нейтральное положение, в котором микроэвм переписывает его текущие координаты, формируя кадр и подтверждая его функцию G01 в памяти программ обработки детали. Так осуществляется автоматическое формирование управляющей программы. После обработки первой детали и автоматического составления программы обработки программу можно использовать многократно.
Предлагаемая полезная модель позволяет значительно сократить время на подготовку программы обработки детали, что актуально при серийном и мелкосерийном производстве, причем предложенная полезная модель может быть применена на большинстве станков, оснащенных системами ЧПУ -сверлильных, расточных, фрезерных и других, а также станков, используемых в деревообрабатывающей промышленности - копировальных, токарных многошпиндельных, распиловочных и других. Кроме этого, в соответствии с предлагаемым техническим решением, могут быть реконструированы системы, находящиеся в эксплуатации в различных отраслях промышленности.
Библиографические ссылки:
1. Молчанов Г.Н. «Повышение эффективности обработки на станках с ЧПУ», М., Машиностроение, 1979 г., стр. 57-59.
2. «Программное управление станками», под ред. д-ра техн. наук проф. В.Л. Сосонкина, М., Машиностроение, 1981 г., стр.55-61.
3. «Устройства числового программного управления металлорежущими станками и преобразователи перемещений», Министерство станкостроительной и инструментальной промышленности СССР, НПО «ЭНИМС», М., ВНИИ информации и технико-экономических исследований по машиностроению и робототехнике, 1988 г., стр. 76-79.л