Современные станки с ЧПУ и гибкие производственные системы (ГПС) оснащаются продвинутыми устройствами на базе микропроцессоров. В таких системах после установки инструмента в базирующее устройство положение его режущей кромки точно фиксируется оптическими сканирующими щупами. Микропроцессор, работая по специальному алгоритму, вычисляет координаты вершины инструмента и записывает эти данные в магнитную метку на его корпусе. Когда инструмент помещается в магазин станка, система управления считывает эту информацию для автоматической коррекции управляющей программы. Для эффективной работы в условиях ГПС критически важно обеспечить надежное распознавание каждого инструментального блока, что требует применения систем кодирования.
Основные методы распознавания инструментов
На практике применяется несколько подходов к организации инструментального хозяйства:
- Метод без кодирования, при котором инструменты размещаются в строгой последовательности, соответствующей технологическому процессу.
- Кодирование самой оправки инструмента.
- Кодирование гнезд инструментального магазина, которое, в свою очередь, может быть постоянным или переменным.
Первый, наиболее простой вариант используется при ограниченном наборе инструментов и при условии, что один и тот же инструмент не применяется повторно в рамках одного цикла обработки. Инструментальные блоки в этом случае располагаются в магазине или на револьверной головке в заданном порядке. Такая система допускает наличие пустых гнезд. После каждого цикла смены инструмента магазин поворачивается, подводя к позиции загрузки следующий инструмент. По завершении всех операций инструменты сохраняют исходную последовательность, но оказываются смещенными в магазине на несколько позиций.
Кодирование оправок инструментов
Однако в большинстве современных производственных задач необходима система автоматического поиска инструмента независимо от его расположения в магазине. Для этого применяется кодирование оправок. На оправку устанавливается набор кодовых колец, подобно тому, как на ключе для замка делают уникальную комбинацию выступов. Когда магазин с оправками вращается, считывающее устройство (датчик) распознает эту комбинацию. При совпадении кода оправки с кодом, запрограммированным для текущей операции, магазин останавливается, подводя нужный инструмент в позицию смены. Поиск может происходить параллельно с работой станка.
Использование набора из 15 колец позволяет закодировать до 32 767 уникальных инструментов. Кодирование обычно выполняется в двоично-десятичной системе, где кольца распределены по дорожкам, соответствующим разрядам единиц и десятков. Такая система обеспечивает гибкость размещения инструментов, минимизирует ошибки при загрузке магазина и упрощает обслуживание. Для смены инструмента магазину требуется всего один поворот.
Несмотря на простоту и надежность, этот метод имеет недостатки: усложняется конструкция и изготовление оправок, снижается их жесткость из-за увеличения длины, что может негативно сказаться на точности обработки и динамике механизма поворота магазина. Кроме того, при большом количестве инструментов увеличивается время поиска (особенно без возможности реверса), и возникают ограничения на установку инструментов большого диаметра.
Современные технологии: штрих-коды и микросхемы
Для повышения надежности и скорости все чаще применяются системы со штриховым кодированием. На оправку наклеивается этикетка со штрих-кодом, содержащим информацию о номере инструмента, координатах его вершины, стойкости и других параметрах. Использование штрих-кодов ускоряет ввод информации в систему управления в 3 и более раз и значительно повышает достоверность данных. Если оператор допускает в среднем одну ошибку на 300 символов, то сканер штрих-кода ошибается лишь один раз на 15–100 тысяч считываний. Такая система устойчива к условиям цеха и воздействию смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).
Еще более прогрессивным направлением является кодирование с помощью малогабаритных микросхем (чипов), встраиваемых непосредственно в инструмент. На чип записывается полная информация об инструменте: его номер, геометрия, материал, рекомендуемые режимы резания, стойкость и т.д. Считывание данных с помощью индуктивной головки, установленной, например, в захвате робота-манипулятора, занимает миллисекунды. Таким образом, технологии штрихового кодирования и микросхем обеспечивают дистанционную идентификацию инструментов и интеллектуальное управление их перемещениями.
Кодирование гнезд магазина
Альтернативный подход — кодирование не самого инструмента, а гнезда магазина, в которое он установлен. Команда на остановку магазина в нужной позиции подается с помощью механического ключа, вставленного напротив инструмента, или комбинации штифтов (кулачков), которые воздействуют на микропереключатели. Кодирование гнезд может быть постоянным (каждая оправка механически блокируется и подходит только для своего гнезда) или переменным (код гнезда настраивается под код вставляемого в него инструмента).
Этот метод позволяет удешевить и повысить жесткость оправок, несколько сократить время поиска за счет выбора кратчайшего пути вращения магазина и использовать инструменты увеличенного диаметра. Однако он усложняет цикл смены инструмента, так как требует двукратного поиска гнезда: для устанавливаемого и для снимаемого инструмента. Постоянное кодирование удорожает изготовление оправок, а переменное — усложняет систему в целом и ее обслуживание.
Выбор конкретного метода кодирования зависит от задач производства, требуемой гибкости, номенклатуры инструмента и экономической целесообразности.