Устройство управления зубошлифовальным станком

Авторы патента:

Предлагаемая полезная модель относится к автоматизации управления зубообрабатывающими станками и предназначена для повышения точности изготовления деталей посредством автоматического контроля за процессом обработки в реальном времени. Устройство управления зубошлифовальным станком работает следующим образом. Со станка 1 через датчики с входа 14, входа 15 и входа 16, данные к которым поступают от заготовки 11, датчика 12 и инструмента 13, обрабатываются блоком 2 диагностики, представляющим собой сумматор. Далее с выхода 17 блока 2 данные поступают на вход 18 блока 6 сбора и обработки информации, являющийся также накопителем для информации о разнообразных сбоях, переходах в аварийный режим и т.д. Информация с выхода 19 блока 6 поступает на вход 20 блока 7 принятия решений, имеющий два входа 20 и 28 и один выход 21, данные с которого поступают на вход 22 блока 8 реализации решений, где посредством преобразования и усиления сигнал преобразуется в управляющее воздействие, поступающее в выход 23 блока 8 на вход 24 системы управления 9, откуда передается после обработки с выхода 25 системы управления 9 на вход 26 к управляемым элементам станка 1. При этом, система управления 9 через управляющую программу 10 с выхода 27 подает сигнал, осуществляя обратную связь на вход 28 блока 7 принятия решений, что позволяет управлять станком 1 в трех независимых режимах: режиме самодиагностики без включения управляющей программы 10 и отключенным выходом 27 (ручной ввод), автоматическом адаптивном режиме, при котором работают все контуры управления и в автоматическом режиме без самодиагностики с отключенными входами 14, 15 и 16 блока 2. Это дает возможность гибкой настройки системы под решаемую задачу. Указанные устройства обеспечивают работоспособность станка при различной степени автоматизации. Модульная компоновка системы, включающая средства контроля и диагностирования, позволяет варьировать использования комплекса в том числе в составе гибкого производственного модуля в безлюдном или малолюдном режиме.

Основными характеристиками устройства являются: порядок передачи и хранения данных, архитектура построения системы управления станком с помощью встраиваемых контрольно-измерительных и диагностических устройств.

Из уровня техники известно устройство числового программного управления металлорежущим станком, 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, при этом в него введены дополнительный четырехпозиционный ручной манипулятор и дополнительная память координат контура обрабатываемой детали, которые через соответствующие согласующие устройства соединены с информационной шиной устройства ЧПУ (Патент РФ 43204, В23В 39/08, 2004 г.)

Недостатком этого устройства является необходимость использования ручного манипулятора, что требует дополнительных средств управления и программного обеспечения, в достаточной степени не реализована обратная связь между станком и управляющими органами.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является известная из уровня техники адаптивная система управления процессом резания на металлорежущем станке, содержащая два коммутационно связанных измерителя, средство памяти, два блока сравнения - триггера, два масштабирующих блока, средства фильтрации низких частот, таймер, при этом она дополнительно содержит цифровое вычислительное устройство - микроконтроллер, мультиплексор-коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, радиопередатчик, при этом средство памяти выполнено в виде цифрового блока памяти, каждый из измерителей выполнен в виде тензочувствительного преобразователя, масштабирующие блоки оснащены средствами управления коэффициентом передачи, таймер выполнен с возможностью определения абсолютного времени изменения параметров силы резания, а средства фильтрации низких частот выполнены в виде двух фильтров низких частот, при этом фильтры низких частот соединены с масштабирующими блоками, выходы которых подключены к входам мультиплексора, выход которого подсоединен к входу аналого-цифрового преобразователя, а его выход - к входу микроконтроллера, функционально обеспечивающего автоматическое управление коэффициентами преобразования масштабирующих блоков (Патент РФ 113030, G05B 13/02, 2011 г.).

Признаки, являющиеся общими с прототипом для вышеописанного технического решения являются: наличие средств измерения и блоков памяти и контроля обработки, а также система управления.

Основными недостатками известного из уровня техники решения являются: необходимость двухканальной передачи данных от измерителей к контроллеру, осуществление обратной связи без дополнительного согласования управляющей программой.

Техническим результатом, на решение которого направлена заявленная полезная модель, является обеспечение адаптивного контроля за параметрами работы станка и обрабатываемыми на станке деталями, адекватная оценка и передача данных от датчиков к выработке управляющих сигналов через систему управления за счет блоков реализации и принятия решений.

Данный технический результат достигается посредством того, что устройство управления зубошлифовальным станком, содержащее коммутационно связанные между собой блок сбора и обработки информации и систему управления, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок контроля параметров зоны резания, блок реализации решений, блок принятия решений с двумя входами и одним выходом, блок диагностики с тремя входами и одним выходом, выполненный с возможностью соединения с исполнительными узлами станка, в котором интегрированы: блок контроля параметров обработки заготовки; блок контроля износа режущего инструмента; блок контроля параметров зоны резания, при этом блок диагностики соединен с блоком сбора и обработки информации, который подключен к одному из входов блока принятия решений. выход блока принятия решений подключен ко входу блока реализации решений, выход которого подключен ко входу системы управления, к выходу системы управления посредством обратной связи подключен блок принятия решений, причем выход системы управления подключен к исполнительным элементам станка.

Заявленная полезная модель поясняется графическими материалами, где на Фиг.1 изображена схема устройства управления зубошлифовальным станком.

Устройство управления зубошлифовальным станком содержит станок 1, блок 2 диагностики с интегрированными в него блоками: блок 3 контроля параметров обработки заготовки, блок 4 контроля параметров зоны резания и блок 5 контроля износа режущего инструмента, блок 6 сбора и обработки информации, блок 7 принятия решений, блок 8 реализации решений, систему управления 9 с установленной управляющей программой 10.

Станок 1 содержит контролируемые элементы, являющимися выходными параметрами для станка 1, а именно заготовку 11, датчик 12 параметров станка и инструмент 13, передающие физические параметры или параметры измерений соответственно на вход 14 блока 3 контроля параметров обработки заготовки, вход 15 блока 4 контроля параметров зоны резания и вход 16 блока 5 контроля износа режущего инструмента. Выход 17 блока 2 диагностики соединен со входом 18 блока 6 сбора и обработки информации. Выход 19 блока 6 подключен к входу 20 блока 7 принятия решений. Выход 21 блока 7 подключен к входу 22 блока 8 реализации решений. Выход 23 блока 8 соединен со входом 24 системы управления 9. Выход 25 системы управления 9 соединен с входом 26 станка 1. При этом система управления 9 с выхода 27 осуществляет обратную связь на вход 28 блока принятия решений 7 через установленную управляющую программу 10.

Устройство управления зубошлифовальным станком работает следующим образом.

Со станка 1 через датчики с входа 14, входа 15 и входа 16, данные к которым поступают от заготовки 11, датчика 12 и инструмента 13, обрабатываются блоком 2 диагностики, представляющим собой сумматор. Далее с выхода 17 блока 2 данные поступают на вход 18 блока 6 сбора и обработки информации, являющийся также накопителем для информации о разнообразных сбоях, переходах в аварийный режим и т.д.

Информация с выхода 19 блока 6 поступает на вход 20 блока 7 принятия решений, имеющий два входа 20 и 28 и один выход 21, данные с которого поступают на вход 22 блока 8 реализации решений, где посредством преобразования и усиления сигнал преобразуется в управляющее воздействие, поступающее в выход 23 блока 8 на вход 24 системы управления 9, откуда передается после обработки с выхода 25 системы управления 9 на вход 26 к управляемым элементам станка 1. При этом, система управления 9 через управляющую программу 10 с выхода 27 подает сигнал, осуществляя обратную связь на вход 28 блока 7 принятия решений, что позволяет управлять станком 1 в трех независимых режимах: режиме самодиагностики без включения управляющей программы 10 и отключенным выходом 27 (ручной ввод), автоматическом адаптивном режиме, при котором работают все контуры управления и в автоматическом режиме без самодиагностики с отключенными входами 14, 15 и 16 блока 2. Это дает возможность гибкой настройки системы под решаемую задачу.

Указанные устройства обеспечивают работоспособность станка 1 при различной степени автоматизации. Модульная компоновка системы, включающая блоки 3, 4 и 5 контроля, интегрированные в блок 2 диагностики и блок 6 сбора и обработки информации, позволяет варьировать использования комплекса в том числе в составе гибкого производственного модуля в безлюдном или малолюдном режиме.

В данном устройстве управления реализованы два источника получения информации: блок 2 диагностики, отслеживающий отклонения от заданных параметров для обеспечения работоспособности станка 1 и информация от управляющей программы 10, работающих через систему управления 9 и блоки 7 и 8 принятия и реализации решений для контроля параметров автоматизированного управления соответственно.

При этом блок 4 контроля параметров зоны резания выполнен в виде тензодатчиков, определяющих радиальные и тангенциальные силы, действующие на режущий инструмент, блок 8 реализации решений представлен в виде электронного блока мониторинга, подключаемого через стандартный разъем порта RS-232 и может быть снабжен беспроводным устройством передачи данных посредством Wi-Fi или Ethernet и служит для визуального и автоматного контроля за выполнением цикла работы блока 7 принятия решений, выполненного в виде программируемого логического контроллера типа Simatic S, осуществляющего коммутацию поступающих сигналов от управляющей программы 10, и блока 6 сбора и обработки информации. Блок 3 контроля параметров обработки заготовки представлен тензорезисторным датчиком, определяющим силовую нагрузку на обрабатываемую заготовку, блок 5 контроля износа режущего инструмента осуществляется электромеханический методом, обеспечивающем измерение износа инструмента в рабочем пространстве станка с помощью контактных датчиков типа Renishaw при установке суппорта в позицию, определяемую конструктивным расположением измерительного устройства.

Для полной замены оператора устройство управления зубошлифовальным станком должно одновременно следить за работой рабочих органов станка 1, качеством готовой продукции, фиксировать отказы, формировать решения для оптимизации рабочего цикла, самостоятельно вызывать наладчиков и информировать о причинах отказа.

Устройство управления зубошлифовальным станком состоит из нескольких контуров обработки данных, к которым относятся автоматизированный цикл с управляющей программой 10, ручной ввод через систему управления 9, а также блоки 2, 6, 7 и 8, представляющие собой систему диагностики и управления. К подсистемам контроля качества относятся системы активного контроля, датчики касания, используемые в условиях крупносерийного и массового производства. При этом в системе управления 9 станка 1 реализованы два потока информации: для обеспечения процесса обработки по управляющей программе 10 и для корректировки уровня настройки. Задачей оператора является правильная настройка блоков 3, 4 и 5 активного контроля и уровня настройки станков.

Сбор информации от блоков 3, 4 и 5 контролирующих параметры обработки станка 1 поступают в систему управления 9 через блоки 6, 7 и 8 блоков реализации на основании сбора и обработки данных от диагностического устройства, поддерживающего непрерывную связь с блоком 2 диагностики параметров станка 12, инструмента 13 и заготовки 11, сравнивая параметры определяемой работоспособности станка 1 с системой поддержания требуемой точности на основании данных от обработанных деталей и датчиков контроля вспомогательного станочного оборудования, посредством реализации алгоритма управления по связям между элементами системы, реализуется возможность формирования и сравнения потоков сигналов от управляющей программы 10 и блока 6 сбора и обработки информации, в результате чего осуществляется дополнительная защита станка 1 и повышается точность и надежность обработки заготовок 11 на станке 1.

Таким образом, заявленная совокупность признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет получить и проанализировать информацию о качестве обработки детали в автоматическом режиме, на основании чего можно сделать вывод о возможности применения данного продукта в условия безлюдного производства.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленной полезной модели, соединены отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в машиностроительной промышленности;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Устройство управления зубошлифовальным станком, содержащее коммутационно связанные между собой блок сбора и обработки информации и систему управления, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок контроля параметров зоны резания, блок реализации решений, блок принятия решений с двумя входами и одним выходом, блок диагностики с тремя входами и одним выходом, выполненный с возможностью соединения с исполнительными узлами станка, в котором интегрированы: блок контроля параметров обработки заготовки; блок контроля износа режущего инструмента; блок контроля параметров зоны резания, при этом блок диагностики соединен с блоком сбора и обработки информации, который подключен к одному из входов блока принятия решений, выход блока принятия решений подключен ко входу блока реализации решений, выход которого подключен ко входу системы управления, к выходу системы управления посредством обратной связи подключен блок принятия решений, причем выход системы управления подключен к исполнительным элементам станка.