6.4.2. Організація роботи дискретних механізмів автоматичної заміни інструмента у верстатах з ЧПУ

Розглянемо дискретний механізм автоматичної заміни інструмента (рис. 6.35). Автоматична заміна здійснюється у рамках двох незалежних циклів: циклу пошуку потрібного інструмента у магазині, який викликається інформаційним словом, що складається з адреси Т та коду розшукуваного інструмента, і циклу заміни інструмента, який викликається інформаційним словом М06. Цикл пошуку нового інструмента зазвичай суміщений з обробкою попереднім інструментом.

Рис. 6.35. Дискретний механізм автоматичної заміни інструмента

Цикл М06 організован наступним чином. У вихідному положені захвати 1 та 8 автооператора 12 знаходяться на невеликій відстані відповідно від магазина 13 та шпинделя 14. За командою М06 на зміну інструментів обидва захвата одночасно подаються за допомогою гідроциліндрів 2 та 9 до інструментальних оправок та захоплюють їх (у кожному захваті є важіль-заскок). Після цього важелі з гідроциліндрами захватів синхронно обертаються гідроциліндром 11 навколо вертикальних осей 3 та 10, витягуючи оправки з інструментами з магазина та шпинделя. Для зміни інструмента корпус 4 автооператора обертається на 180° за допомогою зубчастого колеса 6 та рейок, зв’язаних з гідроциліндрами 5 та 7. Після цього важелі схватів, обертаючись навколо своєї осі, вводять інструменти у магазин та шпиндель.

Інструментальні магазини оснащують реверсивними приводами і пошук інструмента в цьому випадку доцільно вести за найкоротшим шляхом. Ці магазини в загальному випадку можуть бути зображені у вигляді кола з розбиттям на задану кількість позицій відповідно до кількості застосованих інструментів. Вибір напрямку обертання здійснюється із результатів аналізу номера позиції інструмента Nз, заданого в інформаційному слові з адресою T, і номера робочої Nф позиції інструментального магазина.

Розробці системи циклової елктроавтоматики передує формальний опис дискретних механізмів в трьох режимах: автоматичному, наладочному (ручного управління), нерегулярних ситуацій. В описах повинна бути передбачена можливість переходу з режиму у режим шляхом виділення станів механізму, що допускає такий перехід.

За командою з адресою Т на заміну інструмента ініціюється автоматичний цикл, що починається з аналізу коду Nф робочої позиції револьверної головки. Якщо цей код збігається з кодом позиції Nз, у якій знаходиться викликаємий інструмент, заданий в управляючій програмі ЧПУ, то підтверджується виконання команди. У противному випадку за допомогою електромагніту ЕМ1 проводиться розтискання револьверної головки, що підтверджується кінцевим вимикачем В1. Далі повинна бути викликана обчислювальна процедура, що визначає напрямок обертання головки до заданої позиції, після чого включаються відповідно електромагніти ЕМ2 (поворот проти годинникової стрілки) або ЕМЗ (поворот за годинниковою стрілкою). При будь-якому проходженні позиції можливої фіксації спрацьовує кінцевий вимикач В2 і здійснюється перевірка збігу кодів Nз = Nф. Якщо збігу не відбудеться протягом заздалегідь встановленої тривалості часу, то це буде свідчити про відмовлення, що буде оброблене у режимі нерегулярної ситуації. Збіг кодів означає досягнення заданої позиції, у якій відключаються електромагніти ЕМ2 або ЕМ3 в залежності від напрямку обертання, що завершується. Потім виключається електромагніт ЕМ1, а головка затискається. Підтвердженням нормального затискання буде сигнал від кінцевого вимикача В3.

Скористаємося більш наочним і формалізованим описом автоматичного режиму. Основними компонентами такого опису будуть виконувані револьверною головкою операції, а додатковими компонентами – обчислювальні процедури, що можуть знадобитися на стику окремих операцій. Як засоби для опису циклів використовуємо графи, вершинам яких поставимо у відповідність виконання операцій або процедур, а дугам – умови завершення операцій або процедур.

Складемо таблицю операцій та процедур, необхідних для автоматичної заміни інструмента, а також умов завершення операції та процедур (табл. 6.5). Граф циклу автоматичної зміни інструмента показаний на рис. 6.36. Він отриманий зчепленням вершин, позначених станами αк. Початковій вершині графа приписаний стан Т, що означатє, що з цього стану може бути ініційований цикл. Кінцева вершина графа також позначена Т, що свідчить про повне завершення автоматичного циклу. Всі інші позначення на графі відповідають позначенням з табл. 6.5.

Таблиця 6.5
Елементи опису циклу автоматичної заміни інструмента
Операція, процедура Завершення операції, вихід з процедури
Опис Позначення Опис Позначення
Аналіз можливості ініціації автоматичного циклу {Z1} Відсутність блокуючих ознак, дозвіл на продовження x1
Розтискання револьверної головки, що виконується при включенні ЕМ1 {Z2} Спрацьовування кінцевого вимикача В1 x2
Визначення напрямку обертання револьверної головки {Z3} Формування ознаки обертання за годинниковою стрілкою x3
Обертання за годинниковою стрілкою при вмиканні ЕМ3 {Z4} Спрацьовування кінцевого вимикача В2 при повороті головки в чергову позицію x4
Обертання проти годинникової стрілки при вмиканні ЕМ2 {Z6}
Визначення збігу кодів заданої та фактичної позицій {Z5} Формування ознаки збігу кодів x5
Вимикання обертання (ЕМ2, ЕМ3). Затискання револьверної головки, що здійснюється при вимиканні ЕМ1 {Z7} Спрацьовування кінцевого вимикача В3 x6
Аналіз незмінності стану після виконання циклу {Z8} Формування ознаки незмінності стану x7

 

Рис. 6.36. Граф циклу автоматичної заміни інструмента

Нехай викликаний цикл Т6, що означає необхідність повороту револьверної головки в шосту позицію. За умовою Т6 здійснюється перехід у стан α1 , у якому передбачена можливість блокування циклу з боку інших механізмів. З вершини виходять дві дуги: перша відповідає відсутності блокуючих ознак, і спрямована до вершини, що починає виконання першої операції циклу; друга дуга, перехід по якій виконується за наявності блокуючих ознак, замикається на вихідну вершину.

В міру послідовних переходів від вершини до вершини досягається та, у якій цикл завершений. Технічними вимогами нерідко обумовлюють незмінність стану механізму після виконання циклу. У цьому випадку з вершини, що визначає завершення циклу (вершина Т), передбачають перехід у режим нерегулярних ситуацій. У даному прикладі такий вихід відбудеться за умови .

Перевагою представленого опису є незмінна структура базового елемента – вершини із системою входів-виходів, з регулярним описом стану. Узагальнена структура базового елемента (вершини з вхідними і вихідними дугами у графі) включає: xi – умову входу в операцію (процедуру); xj – умову сприятливого завершення операції або формування ознаки виходу з процедури; – відсутність умов, необхідних для завершення операції або виходу з процедури; αk – позначення стану (етапу) виконання циклу; {Zl} – позначення виконуваної (викликаємої) у даному стані операції або процедури.

Далі граф опису складається для інших режимів роботи дискретного механізму з наступним переходом до аналітичної форми запису графів. Для цього базовий елемент графа, що відображає деякий стан–джерело переходу, представимо разом з іншим базовим елементом, що відображає стан–спадкоємець. Маючи на увазі зв’язок джерела з ймовірним спадкоємцем, можна скласти аналітичний опис базового елемента в такому вигляді:
αk, якщо xj, {Zl+1} на αk+1;αk, якщо , {Zl} на αk,
тобто формат такого запису включає послідовність елементів: позначення стану-джерела, умова завершення операції або формування ознаки виходу з процедури, позначення операції або процедури, що виконується у стані-спадкоємці, позначення стану-спадкоємця.

Для опису циклів і операцій автоматики може бути використаний також формалізм апарату сіток Петрі. Кожній позиції сітки приписується позначення стану і породжувана за наявності мітки процедура (рис. 6.37). Переходам співставлена логічна умова виконання операцій. Такий формалізм сіток Петрі незамінний при описі паралельних процесів, зв’язаних взаємними блокуваннями і сигналами синхронізації. Логічна задача ЧПУ саме складається з подібних процесів. Як ілюстрацію цього виділимо у складі розглянутої задачі автоматичної заміни інструмента три паралельних процеси: автоматичне відтворення циклу зміни інструмента, затискання-розтискання револьверної головки, поворот револьверної головки.

Таким чином, існує можливість незалежної розробки численних окремих циклічних процесів із встановленням згодом необхідного зв’язку між ними.

Рис. 6.37. Подання циклу автоматичної заміни інструмента за допомогою сітки Петрі