Стенд функціонального контролю і діагностики токарних верстатів з числовим програмним керуванням

1. Стенд функціонального контролю і діагностики токарних верстатів з числовим програмним керуванням, що містить персональний комп'ютер, сполучений з пристроєм числового програмного керування через роз'єм інтерфейсу фотозчитуючого пристрою, пристрій числового програмного керування, сполучений з асинхронним електроприводом, електропривод асинхронний, сполучений з електродвигунами двох механізмів подачі і електродвигуном шпинделя, три асинхронні машини, датчики положення, температури, який відрізняється тим, що в нього додатково введений емуляційний електричний пристрій, сполучений через інтерфейс зв'язку з пристроєм числового програмного керування. 2. Стенд за п. 1, який відрізняється тим, що емуляційний пристрій складений з блока керування переміщенням супорта, блока вибору швидкості переміщення супорта, блока тумблерів, відповідальних за гальмування координати при виході у фіксоване положення, входу у зону пошуку "0", аварійного обмеження переміщення, блока тумблерів затиску/розтиску патрона, блока тумблерів затиску/розтиску пінолі, блока обслуговування роботом та перевороту деталі, блока перетворювача головного привода, блока блокування перетворю U 2 UA 1 3 37797 торів газотурбінних двигунів (ГТД) без гідромеханічних агрегатів (Г МА), що обмежує його експлуатаційні можливості. Відомо також про пристрій - стенд контролю і діагностики електронної системи управління газотурбінним двигуном [МПК G05B23/02, патент РФ №1777490, публ. 27.09.1995, Бюл. №27]. Пристрій містить пульт керування і індикації, блок моделей датчиків, блок моделей гідроагрегатів, мультиплексор, аналого-цифровий перетворювач, блок регістрів, розподільник імпульсів, блок моделі двигуна. Блоки та складові частини пристрою з'єднуються як послідовно так і паралельно. Цей пристрій вирішує задачу контролю і діагностики електронних регуляторів ГТД і ГМА, проте його обмежені експлуатаційні можливості не дозволяють його використовувати для контролю і діагностики регуляторів в умовах виробництва і експлуатації. Найбільш близьким аналогом до заявленого технічного рішення є пристрій контролю і діагностики газотурбінного двигуна [МПК G05B23/02, патент РФ №39208, публ. 20.07.2004р., Бюл. №20], який прийнято за прототип. Пристрій містить блок керування і індикації, блок дискретних команд, блок діагностики, блок нормалізації аналогових сигналів, блок моделей датчиків, мультиплексор, аналого-цифровий перетворювач, три блоки регістрів, таймер, буферний пристрій, що запам'ятовує, дві двонаправлені шини даних. Блоки з'єднуються як послідовно так і паралельно. Цей пристрій вирішує задачу контролю і діагностики електронних регуляторів в умовах експлуатації, проте обмежені можливості не дозволяють його використовувати для контролю динамічних характеристик електронних регуляторів без ГТД і гідромеханічних агрегатів (ГМА). Поставлено задачу удосконалення стенда функціонального контролю і діагностики токарних верстатів з числовим програмним керуванням, в який додатково введений емуляційний електричний пристрій, забезпечується підвищення достовірності контролю і діагностики при відпрацюванні експлуатаційних можливостей промислового устаткування за відсутності механічної частини (токарного верстата) і завдяки цьому забезпечується можливість навчання фахівців навичкам ремонту й налагоджування системи числового програмного керування й електропривода, збільшується експлуатаційний ресурс промислового устаткування. Поставлена задача вирішується таким чином. У стенд функціонального контролю і діагностики токарного верстата з числовим програмним керуванням (ЧПУ), що містить персональний комп'ютер з необхідним програмним забезпеченням (ПК), пристрій числового програмного керування (ПЧПК), електропривод асинхронний, три асинхронні машини, датчики положення, температури, згідно з пропозицією додатково введений емуляційний пристрій, сполучений через інтерфейс зв'язку з ПЧПК. Персональний комп'ютер, ПЧПК, електропривод асинхронний, три асинхронні машини з'єднані між собою послідовно. Кожна асинхронна машина містить вбудований датчик положення, з якого по каналу зворотнього зв’язку сигнал надходить до 4 асинхронного електропривода, який в свою чергу, по каналу зворотнього зв’язку сполучений з ПЧПК. Емуляційний електричний пристрій (пульт керування) безпосередньо з'єднаний з ПЧПК. Емуляційний пристрій складається з блоку керування переміщенням супорта, блоку вибору швидкості переміщення супорта, блоку тумблерів відповідальних за гальмування координати при виході у фіксоване положення, вхід у зону пошуку «0», аварійне обмеження переміщення, блоку тумблерів затиску/розтиску патрона, блоку тумблерів затиску/розтиску пінолі, блоку обслуговування роботом, блоку перевороту деталі, блоку перетворювача головного привода, блоку блокування перетворювача головного привода, блоку контролю блокування головного привода, блоку готовності ЧПК та ручного керування, блоку перемикання подачі шпинделя, блоку контролю змащення напрямних, блоку контролю змащення шпинделя, блоку контролю охолодження, блоку ступенів швидкості шпинделя, блоку вибору інструмента, блоку групи обслуговування різцетримача, блоку контролю огородження. Блоки емуляційного пристрою з'єднані між собою паралельно. Блок керування переміщенням супорта складений з групи пускачів та контактів пускачів з'єднаних паралельно з світлодіодами та резисторами. Блок вибору швидкості переміщення супорта, блок тумблерів відповідальних за гальмування координати при виході у фіксоване положення, вхід у зону пошуку «0», аварійне обмеження переміщення, блок групи обслуговування різцетримача, блок контролю огородження складені з групи пускачів з'єднаних паралельно з світлодіодами та резисторами. Блок тумблерів затиску/розтиску патрона, блок тумблерів затиску/розтиску пінолі, блок обслуговування роботом та перевороту деталі, блок перетворювача головного привода, блок контролю змащення напрямних, блок контролю змащення шпинделя, блок контролю охолодження додатково оснащені котушками реле з паралельно підключеними ємностями та контактами реле. Блок контролю блокування головного привода складений з групи резисторів та світлодіодів, з'єднаних між собою послідовно. Блок перемикання подачі шпинделя, блок вибору інструмента містять додатково перемикачі. Блок контролю охолодження, містить ще групу паралельно приєднаних діодів. Пристрій емуляції електроавтоматики верстата дозволяє імітувати усі вхідні сигнали, що надходять у систему ЧПК, а також забезпечує індикацію необхідних вихідних сигналів. Сукупність ознак технічного рішення, що заявляється, дозволяє забезпечити контроль і діагностику токарного верстата в умовах проектування, виробництва і експлуатації без об'єкту керування (токарного верстата), а також забезпечує можливість навчання фа хівців навичкам ремонту й налагоджування системи ЧПК й електропривода, що розширює його експлуатаційні можливості. З вивченої науково-технічної і патентної інформації авторам не відомий пристрій з вказаними у формулі корисної моделі відмітними ознаками, це дає підставу зробити висновок про відповідність 5 37797 об'єкту, що заявляється, критеріям корисної моделі. На малюнку представлено функціональну схему корисної моделі, що заявляється (Фіг.1), на Фіг.2, 3 зображено емуляційний пристрій. Стенд функціонального контролю і діагностики токарних верстатів з числовим програмним керуванням містить персональний комп'ютер з необхідним програмним забезпеченням 1, пристрій числового програмного керування (ПЧПК) 2, електропривод асинхронний 3, три асинхронні машини 4, датчики положення, температури 5, додатковий пульт керування 6. Додатковий пульт керування зображений на Фіг.2 - принципова електрична схема емуляційного пристрою, Фіг.3 - принципова електрична схема емуляційного пристрою (продовження). До складу емуляційного пристрою (пульта керування) входять: Фіг.2 Блок керування переміщенням супорта (команди на переміщення по осях +Х, +Z, -X, -Z) 7; блок вибору швидкості переміщення супорта 8; блок тумблерів відповідальних за гальмування координати при виході у фіксоване положення, вхід у зону пошуку «0», аварійне обмеження переміщення 9; блок тумблерів затиску/розтиску патрона 10; блок тумблерів затиску/розтиску пінолі 11; блок обслуговування роботом (М02), переворот деталі (М20), живлення +24 В12; блок перетворювача головного привода 13; блок блокування перетворювача головного привода 14; блок контролю блокування головного привода 15. Фіг.3 Блок готовності ЧПК, ручного керування 16; блок перемикання подачі шпинделя, стоп подачі, стоп шпинделя, немає стопу 17; блок контролю змащення напрямних 18; блок контролю змащення шпинделя 19; блок контролю охолодження (М08) 20; блок ступенів швидкості шпинделя 21; блок вибору інструмента 22; блок групи обслуговування різцетримача 23; блок контролю огородження 24. Блоки з'єднані між собою паралельно. Опис емуляційного пристрою (приклад) Живлення пристрою надходить від блоку живлення ЧПК. Напруга живлення - постійне 24В. Споживаний струм - не більше 0,5А. Рівень напруги вхідних/ви хідних сигналів емуляційного пристрою відповідає стандартним сигналам субблоків SB-475, SB-900 системи ЧПК. Конструктивно емуляційний пристрій розташований над системою ЧПК у відсіку рознімань. Виготовлений з текстоліту і являє собою панель із установленими в ній органами керування й індикації. Поверх текстолітової панелі розташована фальшпанель із функціональними написами. З'єднання емуляційного пристрою виконано кабельною трасою, підключеною до відповідних рознімань системи ЧПК 2Р22. Охолодження емуляційного пристрою не потрібно. До складу емуляційного пристрою входять: - електромагнітні реле, що включаються в певних режимах й імітують необхідні вхідні сигнали, наприклад РТФ-6М; 6 - світлодіоди, індицюючі різні режими й стани сигналів, наприклад ГТ403А; - резистори, конденсатори, сполучні проведення й рознімання для забезпечення працездатності пристрою, наприклад КТ903А. Органи керування розподілені по функціональних групах: 1) мнеморукоятка з мікроперемикачами для керування переміщенням супорта - команди на переміщення по осях +Х, +Z, -X, -Z і кнопкою для включення швидкого ходу зворотної вісі; 2) тумблери, відповідальні за гальмування координати при виході у фіксоване положення, вхід у зону пошуку «0», аварійне обмеження переміщення; 3) тумблери затиску/розтиску патрона й пінолі; 4) група обслуговування змащення направляючих, змащення шпинделя, охолодження інструмента; 5) група обслуговування шпинделя - поштовх, обертання шпинделя, перемикання ступенів коробки швидкостей, блокування подачі, блокування обертання шпинделя; 6) група обслуговування різцетримача - команди на розтиск/затиск різцетримача, перемикання положення різцетримача (номер інструмента). 7) інші - контроль огородження, обслуговування роботом; 8) світлодіодна індикація стану вихідних дискретних сигналів для відповідних режимів роботи верстата: - переміщення супорта, швидкий хід; - кінцеві, аварійні перемикачі; - відповідь затиску патрона, відповідь розтиску патрона; - відповідь затиску пінолі, відповідь розтиску пінолі; - поштовх, включити, контроль змащення напрямних; - поштовх, включити, контроль змащення шпинделя; - поштовх, включити, контроль охолодження (М08); - ступені швидкості шпинделя, стоп подачі, стоп шпинделя, немає стопу; - відповідь розтиску, відповідь реверса різцетримача, номер інструмента; - обслуговування роботом (М02), переворот деталі (М20), живлення +24В; - перетворювач головного привода; - блокування перетворювача головного привода; - контроль блокування головного привода; - готовність ЧПК, ручне керування. Елементна база може бути, наприклад, такою: HL1-HL55 - світлодіоди, наприклад ГТ403А; R1-R61 - резистори, наприклад МЛТ - 0,25210кОм±5%; К1-К6 - котушки реле, наприклад РТ-80, РН-50, РТФ-6М; С1-С6 - конденсатори, наприклад KM - 3а – Н30 - 0,22; SA1-SA6 - контакти реле; SB1-SB19 - пускачі, наприклад серія ПМЛ; 7 37797 К1-К4 - контакти пускачів; П1-П4 - перемикачі, наприклад серія ПТМ; VD1-VD6-діоди, наприклад Д9В. Марки елементів відображені згідно до Єдиної системи конструкторської документації. Перелік їх наведено у книзі «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах» [сборник - М.: Изд.-во стандартов, 1979. - 479с. -(Межгосударственные стандарты). - Содерж.: 35док. - 100 000экз.]. Параметри елементів зазначені згідно до ЄСКД. Перелік їх наведено у книзі «Электротехнический справочник: В 3-х т. Т. 2. Электротехнические изделия и устройства/ Под общ. ред. профессоров МЭИ [гл. ред. И.Н. Орлов и др. - 7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат,1986. - 712с: ил.]. Стенд працює наступним чином. Перед первинним запуском лабораторного стенда потрібно перевірити його апаратну частину: справність блоків живлення, стан батарей для живлення енергозалежної пам'яті, справність всіх субблоків. Для первинного запуску лабораторного стенда необхідно встановити тумблери і галетні перемикачі в положення, що відповідає нормальному стану вхідних сигналів ПЧПК, і добитися безпомилкового старту його програмного забезпечення. Далі необхідно задати команду ФП для виходу верстата у фіксоване положення, при цьому необхідно імітувати спрацьовування відповідних кінцевих вимикачів. Потім задати команду на вибір інструмента і установкою тумблера і галетного перемикача встановити необхідний інструмент. Далі дати команду на обертання шпинделя. Швидкість обертання визначається величиною завдання, а також вибраним ступенем коробки швидкостей. Режим введення керуючих програм пропонується таким. Набір керуючої програми: Набір програми здійснюється по кадрам. Набрана програма висвічується на шостому, сьомому й восьмому рядках екрана блоку відображення символьної інформації (БОСИ). Під час набору остання набрана фраза, може бути стерта натисканням клавіші "чищення". Для введення набраного кадру в пам'ять пристрою нажати клавішу "ВВЕДЕННЯ", при цьому кадр стирається з екрана БОСИ, а номер кадру автоматично збільшується на одиницю, якщо програма не закінчена; висвічується КП у правому куті першого рядка екрана БОСИ, якщо програма закінчена. Після режиму «ВВЕДЕННЯ» роботу стенда функціонального контролю і діагностики токарних верстатів з числовим програмним керуванням розглянемо на прикладі прив'язки системи відліку до верстата. 8 Прив'язка системи відліку до верстата проводиться за наступною методикою: 1) нажати клавіші «РУЧНЕ КЕРУВАННЯ» ТА «ФІКСОВАН А ТОЧКА СТАНКА», при цьому над ними загораються світлодіоди, а на першому рядку БОСИ висвічується «РУЧНЕ КЕРУВАННЯ ФП». 2) нажати клавішу «ПУСК», при цьому починається рух по координаті X. Напрямок руху - від осі шпинделя до оператора. По досягненні положення, обумовленого кінцевими вимикачами, рух по координаті X припиняється й починається рух по координаті Z у напрямку до шпинделя. При досягненні положення, обумовленого кінцевими вимикачами, рух по координаті Z припиняється. При цьому сигнал відпрацьовується блоком готовності ЧПК та ручного керування 16, блоком тумблерів відповідальних за гальмування координати при виході у фіксоване положення, вхід у зону пошуку «0», аварійне обмеження переміщення 9, блоком керування переміщенням супорта 7 та електродвигунами двох механізмів подачі та електроприводом шпинделя. Одночасно вимикається сигналізація над клавішею «ФІКСОВАНА ТОЧКА СТАНКА», а на четвертому й п'ятому рядках БОСИ висвічуються цифри, які характеризують координати ріжучої крайки інструмента відносно нуля деталі. У процесі відпрацьовування діє клавіша «СТОП», після натискання, на яку рух припиняється. Продовження відпрацьовування починається при повторному натисканні на клавішу «ПУСК». Сигнал відпрацьовується блоком перемикання подачі шпинделя, стоп подачі, стоп шпинделя, немає стопу 17. Перемиканням різних перемикачів, можна добитися появи необхідних помилок на блоці відображення символьної інформації і світлодіодної індикації на додатковому пульті керування. Аналогічним чином можна прослідкувати роботу інши х блоків додаткового пульта керування. Даний стенд в порівнянні з прототипом дозволяє здійснювати об'єднаний контроль і діагностику токарного верстата в умовах проектування, виробництва і експлуатації без об'єкту управління (токарного верстата). Побудований таким чином стенд здатний моделювати широкий набір реальних ситуацій, що задаються оператором відповідно до методики контролю і діагностики токарного верстата. Це сприяє підвищенню точності моделювання експлуатаційних можливостей токарних верстатів, за рахунок максимального наближення лабораторних умов контролю і діагностики токарного верстата до реальних. Економічний ефект від використання корисної моделі досягається за рахунок підвищення достовірності результатів контролю і діагностики і зниження експлуатаційних витрат. 9 37797 10 11 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 37797 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601