Многоцелевой токарный станок модели ИР800ПМФ4

типа рпз часть 2.docx

3. Разработка электрических принципиальных схем подключения
1 Анализ технологического процесса
Токарные многоцелевые станки предназначены для высокопроизводительной обработки в автоматическом режиме заготовок типа тел вращения в условиях мелкосерийного и серийного производства
Применение данных станков целесообразно при обработке заготовок малых и средних размеров для которых необходимо выполнение токарных а также сверлильных и фрезерных операций следующих за токарной обработкой в объеме не превышающем 20-25% от общего числа операций.
Более 70% деталей типа тел вращения после токарной обработки еще фрезеруют сверлят и т.д. Такие операции можно проводить на токарных многоцелевых станках так как они имеют расширенные технологические возможности. Станки снабжают дополнительными приспособлениями: сверлильными шпинделями многошпиндельными сверлильными головками и головками для обработки отверстий и поверхностей под прямым углом. Часто такие станки имеют две револьверные головки. В одной из них устанавливается неподвижный инструмент в другой фрезы сверла и т. д. которые автоматически сцепляются со вспомогательным приводом. Обработку можно вести как вдоль оси так и в поперечном направлении. В многоцелевых токарных станках имеется управление поворотом на определенный угол индексации шпинделя что позволяет останавливать и закреплять шпиндель в любом заранее запрограммированном положении по углу поворота.
Помимо токарной обработки на многоцелевых токарных станках можно выполнять следующие операции:
фрезерование плоских и объемных поверхностей;
сверление отверстий оси которых могут быть расположены параллельно или перпендикулярно оси детали а также под углом;
нарезание резьб на торцовых или цилиндрических поверхностях;
расточка соосных ступенчатых отверстий расположенных под произвольным углом к оси детали а также нарезание крупных резьб;
Процесс резания на токарных станках осуществляется при вращательном главном движении сообщаемом обрабатываемой заготовке и при прямолинейном (поступательном) движении подачи сообщаемом резцу. Элементами режима резания при точении заготовки являются скорость резания подача и глубина резания
Рисунок 1- Процесс токарной обработки.
Основные поверхности заготовки и основные движения осуществляющие процесс резания показаны на рисунке: 1 - обрабатываемая поверхность 2 - поверхность резания 3 - обработанная поверхность 4 - ось вращения заготовки 5 - продольная подача 6 - поперечная подача 7 - резец 8 - заготовка 9 - главное (вращательное) движение t - глубина резания
Устойчивая тенденция расширения номенклатуры деталей частая сменяемость выпускаемых изделий при большом числе их модификаций обусловило возрастание спроса на токарные многоцелевые станки обеспечивающие полную комплексную обработку деталей при одновременной переналадке с одной детали на другую. Использование таких станков существенно облегчает управление производством и сокращает производственный цикл обработки.
2 Подробное описание промышленной установки
Токарный многоцелевой станок ИР800ПМФ4 предназначен предназначены для высокопроизводительной обработки корпусных деталей а также прорезания различных канавок фрезерования лысок и пазов фрезерования резьбы фрезой и т. д. т. е. можно вести обработку вращающимся инструментом параллельно и перпендикулярно оси шпинделя.
В состав станка входят следующие узлы: передняя и задняя бабки суппорт салазки каретка с инструментом цепной магазин на 16 инструментальных блоков двухзахватный автооператор инструмент.
Кинематическая схема станка представлена в графической части листа 3.
Главное движение. Шпиндель VI получает вращение электродвигателя M1 или непосредственно через две зубчато-ременные передачи z1-z2 z3-z4 при включении муфты М1 или через перебор z= 51-93 z= 22-122. Перебор используют для получения круговой подачи шпинделя по координате С. Переключение диапазонов производят гидроцилиндрами Ц1 Ц2. В приводе главного движения предусмотрено тормозное устройство. Для зажима заготовки применяют механизированный ключ с отдельным приводом.
Крестовый суппорт А перемещается по двум взаимно перпендикулярным осям от двигателей постоянного тока М2 М3. Двигатель М2 продольной подачи (ось Z) непосредственно связан с ходовым винтом V двигатель М3 поперечной подачи (ось X) - с ходовым винтом VI. На ходовых винтах установлены датчики обратной связи.
На суппорте закреплена инструментальная головка куда можно устанавливать блоки с неподвижными и вращающимися инструментами. Инструмент который может работать как в осевом так и в радиальном относительно главного шпинделя направлении получает вращение от электродвигателя М4 через зубчатые пары z = 36-48 z = 20-30 при включенной муфте М2 в инструментальном блоке В для осевой обработки или через передачи z = 36-48 z = 20-30 z = 24-24 в блоке Б для радиальной обработки. Инструментальные блоки устанавливают на V-образные выступы инструментальной головки. Зажим блока гидроцилиндром Ц3 осуществляется через Т-образные пазы в блоке. К блоку прикреплена планка за которую он захватывается автооператором.
Задняя бабка имеет гидроцилиндр Ц4 для перемещения пиноли. Зажим пиноли и закрепление бабки на станине осуществляется тарельчатыми пружинами а разжим гидроцилиндрами.
Устройство автоматической смены инструмента состоит из магазина Д и автооператора Г. Автооператор извлекает инструментальный блок из магазина переносит его к инструментальной головке и устанавливает блок в головку. Автооператор имеет гидроприводы для поворота вертикального и горизонтального перемещения захватных губок. Захватные губки приводятся в действие гидроцилиндрами Ц6 и Ц7. Перемещение правой и левой части автооператора производится гидроцилиндрами Ц8 Ц9 поворот автооператора - штоком цилиндра Ц5.
Цепной магазин имеет вместимость 16 блоков. Магазин приводится во вращение двигателем М5 через червячную пару z = 1-60 и две звездочки z = 6. Т-образный паз блока надевается на Т-образный выступ приспособления па звене магазина и фиксируется под действием пружин расфиксация осуществляется гидроцилиндром. В качестве отсчетного устройства при выборе инструмента используют систему сельсинов С1-С3 связанных с магазином через ряд зубчатых передач.
2 Литературный обзор по теме дипломного проекта
2.1 Анализ существующих схем электропривода
Длястанков токарной многоцелевых в которых главное движение является вращательным требуется обычно постоянство мощности в большей части диапазона изменения скоростей и только в области малых скоростей — постоянство момента равного наибольшему допустимому по условию прочности механизма главного движения. Для получения необходимой скорости резания на токарных многоцелевых станках следует принимать ее изменения в диапазоне от 80:1 до 100:3. При этом желательно иметь по возможности плавное ее изменение с тем чтобы во всех случаях обеспечить наиболее пригодную скорость резания.
В токарных станках малых размеров пуск остановка и изменение направления вращения шпинделя часто производятся с помощью фрикционных муфт. Двигатель при этом остается подключенным к сети и вращается в одном направлении.
Вглавных приводах станковширокого назначения малых и средних размеров основным типом привода является привод от асинхронного короткозамкнутого двигателя. Асинхронный двигательконструктивно хорошо сочетается с коробкой скоростей станка надежен в эксплуатации и не требует специального ухода. Для бесступенчатого регулирования скорости вращения органов станка применяют асинхронные двигатели с независимым возбуждением и двигатели постоянного тока которые позволяют изменять частоту вращения в диапазоне 10:1
Для главного привода некоторых токарных станков применяются многоскоростные асинхронные двигатели. Использование такого привода целесообразно если оно приводит к упрощению коробки скоростей или когда требуется переключение скорости шпинделя на ходу.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее компактным надежным и экономичным в эксплуатации сохраняющим примерно постоянную частоту вращения при изменениях нагрузки от минимальной (при холостом ходе) до номинальной.
В качестве источника движения в приводах подач могут применяться отдельные электродвигатели: асинхронные регулируемые ступенчато нерегулируемые переменного и постоянного тока регулируемые бесступенчато.
2.2 Формулирование требований к автоматизированному электроприводу и автоматизации промышленной установки
В многоцелевых станках частота вращения шпинделя должна регулироваться автоматически. Для многоцелевых станков характерны широкий диапазон размеров обрабатываемых отверстий материалов предварительная и окончательная обработка применение самых различных инструментов.
Это ведет к необходимости обеспечения широкого регулирования частот вращения шпинделя. Для назначения оптимальной скорости резания регулирование частот вращения должно быть бесступенчатым.
Таким образом к приводам главного движения предъявляются следующие требования :
) диапазон регулирования должен охватыйать скорости требуемые как для высокопроизводительной чистовой обработки современными инструментами так и для позиционирования шпинделя;
) привод должен обеспечивать длительный режим работы при полном использовании номинальной мощности;
) бесступенчатое регулирование частоты вращения и возможно меньшее количество механических диапазонов переключения частот вращения;
) минимальное время разгона и торможения для обеспечения минимальных затрат времени при резьбонарезании и позиционировании шпинделя.
3.1 Выбор электродвигателя и проектирование силовой схемы преобразователя.
Произведем выбор асинхронного электродвигателя при условии что: Uн=380 В Рн=11 кВТ nн=3000 обмин. На основании сформулированных требований к автоматизированному электроприводу многоцелевого токарного станка выбираем асинхронный двигатель 4AC132M2У3 технические характеристики которого представлены в таблице 2.[ ]
Таблица 2 - Технические характеристики двигателя 4AC132M2У3
Момент инерции Jдв кгм2
Синхронная Частота вращения n0 обмин
Произведем расчёт механической части электропривода.
Номинальный момент электродвигателя:
Номинальная угловая скорость вращения вала двигателя:
н=1-sn030=1- 0.048314300030=2989радс; (2)
Mн= 110002989= 368 Нм;
Максимальная угловая скорость вращения вала двигателя:
Минимальная угловая скорость вращения вала двигателя:
Приведенный момент механической передачи:
Mмех=043681=1472 Нм;
Момент нагрузки приведенный к валу двигателя:
Максимальный момент:
Mп=2Мном= 2368=736 Hм; (9)
Момент инерции механизма:
Jмех=2 Jдв=20023= 0046 кг м2; (11)
Исходя из требований предъявляемых к системе управления электроприводом выберем принципиальную схему силовой цепи. Силовая цепь будет содержать неуправляемый выпрямитель автономный инвертор напряжения фильтр и тормозной резистор.
Неуправляемый выпрямитель будет состоять из шести диодов VD1-VD6.
Для уменьшения пульсаций между неуправляемым выпрямителем и автономным инвертором будет установлен емкостной фильтр Сф.
Автономны инвертор напряжения будет состоять из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. В выходных каскадах инвертора в качестве ключей будем используются силовые IGBT-транзисторы VТ2-VТ7. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.
При остановке электродвигателя возрастает постоянная составляющая тока отдаваемого обратно в сеть питания через ПЧ для рассеивания этой энергии включаем в цепь тормозной резистор Rт
Спроектированная силовая схема преобразователя представлена на рисунке 2
Рисунок 2 – Cиловая схема преобразователя
3.2 Расчет параметров и выбор силовых элементов электропривода.
Определим потери в двигателе.
Pном= Pном1-номном= 110001-084084=2095 Вт; (12)
PMX=0075 Pном=00752095=15712 Вт; (13)
Pст=025 Pном=0252095=52375 Вт; (14)
Pдоб=003 Pном=0032095=6285 Вт; (15)
Pпост=Pст+PMX+Pдоб=52375+15712+6285=74372 Вт; (16)
Pпер.ном=Pном-Pпост=2095-74372=13513 Вт; (17)
Момент холостого хода:
Mo=PMX+ Pдобном=15712+62852989=074 Н; (18)
Pпер.2ном=Мэ.номоSном;(19)
Мэ.ном=M0+Mном=074+368=3754 Нм;(20)
о=no30=314300030=314радс; (21)
Pпер.2ном=36993140036=5658 Вт;(22)
Pпер.1ном=Pпер.ном-Pпер.2ном=13513-5658=7855 Вт; (23)
Определим ток статора:
I1ном=Рном3Uномcosφном=11000173380089084=224 A; (24)
Активное сопротивление статора
R1=Pпер.1ном3I1ном2=785532242=3926915053=052 Ом; (25)
Полное сопротивление короткого замыкания:
Z=3Uф.ном22оМma (26)
Индуктивное сопротивление короткого замыкания:
Xк=Z2-R12=2852-0522=812-027=28 Ом; (27)
A=3Uф.ном2Pпер.2ном=322025658=1452005658=2566 Вт; (28)
Сопротивление ротора:
R2=05SномASном-2R1+ASном-2R12-R1+Xк2=
004825660048-2052+25660048-20522-052282
=0024112768+1078=002422057=053 Ом;(29)
Индуктивное сопротивление статора и ротора:
X1X2=Xк2=282=14 Ом; (30)
Критическое скольжение двигателя:
Sк=R2R12+Xк2=0530522+28=053027+784=05328=018; (31)
Io=I1ном1-cosφном=2241-089=739 A;(32)
Приведенный ток ротора:
I2ном=Pпер2ном3R2=56583053=183 A; (33)
Активное сопротивление взаимной индукции:
R=Pст3Io2=5237537392=32 A; (34)
Индуктивное сопротивление взаимной индукции:
Индуктивность статора:
L1=X1+X2f=14+281231450=009 Гн; (37)
Индуктивность ротора:
L2=X2+X2f=14+281231450=009 Гн; (38)
L12=X2f=281231450=0089 Гн; (39)
Эквивалентное сопротивление цепи статора:
Rэ=R1+R2L122L22=052+053008920092=
=052+0530007900081 =052+053098=104 Ом; (40)
Эквивалентная индуктивность цепи статора:
Lэ=L1-L122L2=009-00892009=009-00079009=008 Гн; (41)
Суммарный момент инерции ЭП:
JΣ=Jдв+Jмех=0023+7500231=01725 кг м2; (42)
Произведем выбор силовых ключей инвертора.
В качестве силовых ключей используются модули IGBT в состав которого входят биполярные транзисторы с изолированными затворами и обратные диоды.
Предварительный выбор.
Номинальный фазный ток статора:
Iном=Рном3U1ф.номномcosφ=110003220084089=223 А; (43)
Средний ток через силовой ключ:
Где kз- коэффициент запаса учитывающий перегрузку по току при коммутации ключа kз=2;
Imax- амплитудное значение тока в плече силовой цепи инвертора:
Где Iном- номинальный ток двигателя А.
Выражение (2.30) примет вид:
Рабочее напряжение на силовом ключе:
Где Umax- амплитудное значение напряжения в силовой цепи инвертора В
Uп.н- коммутационное перенапряжения на ключе В
Где Uл=380 В- линейное напряжение сети
С учётом рекомендаций принимается значения перенапряжения
Выражение принимает вид:
Uраб≥5374+600=11374 В;(48)
На основании выражений и по каталогу выбираются силовые модули SKM 40GD123D в виде полумоста с обратными диодами со следующими технологическими параметрами. Технические параметры силовых модулей представлены в таблице 3.[ ]
Таблица 3 - Технические параметры силовых модулей SKM 40GD123D
Напряжение коллекторно- эмиттерного перехода В
Средний рабочий ток А
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер
Длительно допустимый ток коллектора при температуре корпуса 25С
Длительно допустимый ток коллектора при максимальной температуре корпуса
Потери энергии при включении
Произведем выбор силовых вентилей выпрямителя.
Действующее значение тока фазы:
I=23Iн=23223=183 A; (49)
Действующее значение тока:
Id=Iн3= 224173 =1294 A; (50)
Определим действующее значение тока через вентиль:
Iв.ср=Iн3=2233=746 А; (51)
Предварительно выберем вентиль по соотношению:
KзоКзрiIв.ср≤ITAVm(52)
Где Kзо- коэффициент учитывающий отклонение условий работы вентилей от номинальных. Принимаем Кзо= 11
Kзрi - коэффициент запаса по току в рабочем режиме
Kзрi=125÷162. Принимаем = 14.
Из справочника выбираем диоды типа Д122-40 при естественном охлаждении с охладителем О221-60. [ ]
Для выбранного тиристора рассчитываем максимальный допустимый средний ток при заданном режиме и условиях работы:
ITAVm=UTTO2+4Kф (53)
Где: UTTO- пороговое напряжение
Кфi- коэффициент формы тока
rt- дифференциальное сопротивление
Tjm- максимально допустимая температура
Ta- температура охлаждающей среды
Rthja - тепловое сопротивление переход- среда
Rthja=Rthjc+Rthch+Rthha(55)
Где: Rthch- тепловое сопротивление корпус-контактная поверхность охладителя
Rthjc- тепловое сопротивление переход- корпус
Rthha- тепловое сопротивление контактная поверхность охладителя- охлаждающая среда
Rthja=02+13+28=43C°Вт(56)
ITAVm*=1352+4*17322510-3(125-40)43 -135217322510-3
=183+4300051977-135230005=
=173-135003=126 A; (57)
Выбранный тиристор должен удовлетворять условию:
Условие выполняется.
Максимально допустимое напряжение прикладываемое к вентилю не должно превышать допустимого значения повторяющегося импульсного напряжения:
КзuKcUобр.m≤UDRM(59)
Uобр.m=6UФ=24220=528 В;(60)
Произведем выбор конденсаторов силового фильтра.
Найдем суммарную емкость конденсаторов силового фильтра.
Tэ =LэRэ =000312=00002; (62)
kcx-коэффициент схемы для трехфазной мостовой схемы
Uф-фазное напряжение Uф=220 В
Ud=234220=5148 В;(64)
Uc=01Ud=015148=5148 В;(65)
С=5148 00025 3125148=01287185328=000026 Ф; (66)
U≥2Ud=25148=7258 В;(67)
Учитывая рассчитанные емкость и напряжение выбираем конденсаторы силового фильтра марки B25835-K6254-K7.
Произведем выбор тормозного резистора.
При использовании двигателей мощностью 11 кВт рекомендуется использовать тормозной резистор с сопротивлением 40 Ом и мощностью 2000 Вт [ ]. В соответствии с рекомендациями произведем установку двух параллельно включенных пожаростойких проволочных тормозных резистора ВЕСПЕР с сопротивлением 80 Ом и мощностью 1 кВт общее сопротивление резисторов составляют 40 Ом общая мощность рассеяния резисторов 2 кВт.
3.3 Выбор аппаратов защиты и коммутации
Учитывая номинальный ток двигателя (Iн=223А) выбираем универсальный блок защиты электродвигателей УБЗ-301М.
Универсальный блок защиты электродвигателей УБЗ-301M предназначен для постоянного контроля параметров сетевого напряжения и действующих значений фазныхлинейных токов трехфазного электрооборудования 380 В50
Блок защиты УБЗ-301Мснабжен тремя тороидальными датчиками тока дваизкоторых – датчики фазноголинейного тока через которые продеваются силовые фазные провода. Третий датчик отличается увеличенным диаметром – дифференциальный датчик тока через который продеваются трисиловых провода. Клеммами блок включается параллельно контролируемой сети. Навыходе – замыкающий иразмыкающий контакты. Выходные клеммы включаются вразрыв цепи питания катушки пускателя. При срабатывании блока отключение нагрузки производится путем разрыва цепи питания катушки магнитного пускателя через размыкающие контакты.
Осуществляет полную и эффективную защиту электрооборудования отключением от сети иили блокированием его пуска в следующих случаях:
некачественном сетевом напряжении
механических перегрузка
исчезновении момента на валу
при недопустимо низком уровне изоляции на корпус
замыкании на "землю" обмотки статора во время работы
несимметричных перегрузок по фазнымлинейным токам связанных с повреждениями внутри двигателя - защита от перекосов фазных токов с последующим запретом АПВ;
Таблица 4 – Технические параметры блока защиты УБЗ-301М
Частота сети переменного тока Гц
Номинальное линейное напряжение UН В
Диапазон номинальных токов А
4 Проектирование электрической функциональной схемы электропривода
На основании сформировавшиеся требований и спроектированной силовой схемы преобразователя было отдано предпочтение преобразователю частоты Веспер Е2-8300-015H.
Преобразователь Веспер Е2-8300-015H является векторным преобразователем частоты. Может работать как в режиме векторного так и в режиме скалярного управления.
Функциональная схема преобразователя частоты Веспер Е2-8300-015H приведена в графической части листа 2.
Регулирующая часть строится в системе координат d q как двухканальная система с двухконтурными подсистемами стабилизации скорости (с регуляторами скорости РС и тока PTq) и потокосцепления ротора АД (с регуляторами потокосцепления РПт и тока РТd). Блок деления БД на выходе РС компенсирует использование операции перемножения при формировании момента АД. Для получения сигналов обратных связей в силовой части электропривода предусматриваются датчики токов (ДТ1 ДТ2) и напряжений (ДН1 ДН2) а также датчик скорости ДС устанавливаемый на валу АД.
Преобразование сигналов пропорциональных токам и напряжениям трехфазной системы к системе координат α осуществляется с помощью вычислителей ортогональных токов (ВОТ) и напряжений (ВОН).Блок компенсации БК с учетом наличия параллельных обратных связей по ортогональным составляющим тока статора потокосцеплению и скорости предназначен для компенсации влияния внутренних перекрестных обратных связей АД. В качестве задающих устройств используют задатчик интенсивности (ЗИ) формирующий задание UЗ.сна контур скорости и задатчик ослабления поля (ЗОП) формирующий зависимый от сигнала UЗ.ссигнал задания UЗ.пна модуль вектора потокосцепления ротора.
Силовая часть содержит следующие блоки:
Неуправляемый выпрямитель (НВ) преобразует переменное напряжение питающей сети в импульсное напряжение одной полярности.
Автономный инвертор напряжения (АИН) осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя. Инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя.
Для уменьшения пульсаций между неуправляемым выпрямителем и автономным инвертором установлен емкостной фильтр Сф.
ЭМИ фильтр - устройство для уменьшения электромагнитных помех излучаемых в сеть при работе преобразователя частоты. Подавляет помехи в диапазоне 01 30 МГц образующиеся на питающих зажимах преобразователя и препятствует их распространению в сеть.
Электрическая принципиальная схема блока регулятора скорости представлена в графической части листа 3.
Регулятор скорости (РС) преобразует сигнал рассогласования между напряжениям задания Uз и напряжением датчика скорости Uос. Регулятор скорости выполнен на трех операционных усилителях и является двухкаскадным. Первый каскад выполнен на двух операционных усилителях DА1 и DA2. Структура первого каскада и соответствующий выбор входящих в его состав элементов обеспечивают термостабильность характеристик электропривода за счет компенсации теплового дрейфа операционного усилителя DA1 параллельно включенным прецизионным операционного усилителя DA2. Последний реализован на структуре «модулятор-демодулятор» и отличается практически отсутствием дрейфа. Конденсатор С5 включен параллельно конденсаторы С6 С7 и резистор R18 обеспечивает стандартную схему включения операционного усилителя. Элементы R11 R12 R14 и С3 С4 предназначены для обеспечения устойчивой работы DA3. Второй каскад на DA3 служит для получения необходимого коэффициента усиления РС. Оба каскада охвачены обратной связью (резисторы R17 R20 н емкость С8) соответствующей ПИ-регулятору. Настройка РС осуществляется переменным резистором R17 и выбором соответствующего значения конденсатора С8.
РС имеет два входа: вход задающего сигнала Uз и вход сигнала обратной связи по скорости Uос. ПО обоим входам предусмотрены фильтры: R2 R6 и С2 - по первому входу и R1 R3 R4 и С1 - по второму входу. С помощью переменного резистора R5 за счет изменения коэффициента передали цепи обратной связи осуществляется регулировка максимальной скорости.
Сигнал с выхода РС поступает на вход РТ. Цепь состоящая из размыкающегося контакта S1 резистора R15 охватывает РС н РТ вместе и служит для защиты электропривода поскольку резко уменьшает коэффициенты передачи. При нормальной работе электропривода цепь разорвана с помощью контакта реле S1 входящего в состав схемы защиты и не оказывает влияния на работу электропривода. Цепочка из резисторов R4 R19 н диодов Д3 Д4 обеспечивает защиту по входу операционного усилителя DА3.
5 Проектирование системы автоматизации производственной установки
5.1 Выбор устройства программного управления
В качестве устройства программного управления наиболее целесообразным является применение микроконтроллерной системы.
Применение микроконтроллеров в системе управления значительно увеличивает функциональные возможности электроприводов. С одной стороны позволяет существенно расширить набор реализуемых линейных и нелинейных законов и алгоритмов управления приводом. А с другой стороны вносит такие особенности присущие цифровым системам как импульсный характер процессов получения информации т.е. наличие квантования по времени и по уровню а также наличие запаздывания в канале управления необходимого для обработки информации и формирования управляющих сигналов.
Микроконтроллерная система управления обладает рядом свойств которые определяют новые положительные качества электроприводов:
Развитые арифметические и логические возможности которые позволяют реализовать сложные линейные и нелинейные законы управления пересчет координат из одной системы в другую в многосвязном электроприводе алгоритмы адаптивного управления.
Наличие памяти обеспечивает возможность формирования текущего управления с учетом накопленной информации о координатах системы за предыдущее время и реализации принципов самоконтроля привода за счет наличия в памяти программ тестового контроля и диагностики.
Программируемость которая позволяет создавать на основе микропроцессорных систем многорежимные и многофункциональные приводы.
В качестве устройства программного управления многоцелевым токарным станком ИР800ПМФ4 выбираем микроконтроллер Atmel AVR XMEGA A
5.2 Состав и принцип функционирования устройства
Микроконтроллеры Atmel AVR XMEGA являются микроконтроллерами общего назначения и могут использоваться в широком числе применений в том числе контроллеры автоматизации системы управления электроприводами бытовое электрооборудование коммуникационное оборудование измерительные приборы.
Микроконтроллеры XMEGA A интегрируют следующие ресурсы: внутрисистемно-программируемая Flash-память с возможностями чтения во время записи внутренние EEPROM и SRAM четырехканальный DMA-контроллер восьмиканальная система событий и программируемый многоуровневый контроллер прерываний до 78 линий ввода-вывода общего назначения 16- или 32-битный счетчик реального времени (RTC) до 8 универсальных 16-битных таймеров-счетчиков с режимами сравнения и возможностями широтно-импульсной модуляции (ШИМ) до восьми интерфейсов USART до четырех I2C- и SMBUS-совместимых интерфейсов TWI до четырех интерфейсов SPI ускорители криптографических алгоритмов AES и DES до двух 8-канальных 12-битных аналогово-цифровых преобразователей (АЦП ADC) с опциональным дифференциальным входным усилительным каскадом с программируемым усилением до двух 2-канальных 12-битных цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП DAC) до четырех аналоговых компараторов с оконным режимом программируемый сторожевой таймер с отдельным внутренним генератором точные внутренние генераторы с функциями фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ PLL) и предделения частоты а также программируемый супервизор питания (BOD)
Структурная схема микроконтроллера XMEGA A приведена в графической части листа 4.
Микроконтроллер XMEGA A содержит следующие блоки:
центральное процессорное устройство (CPU)
контроллер энергонезависимой памяти
контроллер прерываний
контроллер смены событий
ускорители криптографических алгоритмов AES и DES
цифро-аналоговые преобразователи DAC
блок управления генераторами
блок интерфейса PDI
блок интерфейса JTAG
В качестве центрального процессора используется 8-битное микропроцессорное ядро построенное на принципах RISK-архитектуры.Основой этого блока служит арифметико-логическое устройство которое подключено к регистрам общего назначения. Регистров общего назначения всего 32 они имеют байтовый формат то есть каждый из них состоит из восьми бит.
В микроконтроллерах AVR реализована Гарвардская архитектура в соответствии с которой разделены не только адресные пространства памяти программ и памяти данных но и шины доступа к ним. Каждая из областей памяти данных (ОЗУ и EEPROM) также расположена в своем адресном пространстве.
Flash-память предназначена для хранения последовательности команд управляющих функционированием микроконтроллера и имеет 16-ти битную организацию.
Энергонезависимая память данных (EEPROM) используется для долговременного хранения различной информации которая может изменяться в процессе функционирования микроконтроллерной системы.
Цифро-аналоговые преобразователи (DAC) служит для получения числового значения напряжения поданного на его вход. Этот результат сохраняется в регистре данных АЦП. Какой из выводов микроконтроллера будет являться входом АЦП определяется числом занесенным в соответствующий регистр.

Спецификация общего вида.cdw

Вертикальный суппорт
Механизм подачи суппортов
Привод движения планшайбы

типа рпз часть 1.docx

Системы управления с распределительным валом широко применяются в специальных универсальных и станоках различного технологического назначения в массовом крупносерийном и иногда серийном производстве. Они обеспечивают управление большим количеством различных с надежной и максимальной синхронизацией всех движений при обработке детали.
Системы управления с распределительным валом позволяет заранее спроектировать и рассчитать рабочий цикл любой сложности обеспечив строгое выполнение заданного техпроцесса обработки за определенный промежуток времени соответствующий одному обороту распределительного вала
Программоносителем в этих системах являются кулачок для одного исполнительного механизма и система кулачков установленных и закрепленных на распределительном валу. Основная задача проекта обоснованный расчет и выбор конструкции кулачкового механизма и его основных параметров.
ОПИСАНИЕ БАЗОВОГО ТОКАРНОГО СТАНКА
1 Назначение станока
Станок многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточной горизонтальный с подвижной стойкой модели ир800пмф4 предназначен для токарной обработки детален типа тел вращения с диаметральными размерами соответственно до 40 мм и длиной до 90 мм из круглого квадратного и шестигранного калиброванного прутка не ниже 4 класса точности по ГОСТ 7417-75ГОСТ-8559-75 и ГОСТ8560-67 в условиях массового и серийного производства.
Рисунок 1.1 - Узлы станка
2 Техническая характеристика станка
Станки модели ир800пмф4 предназначены для высокопроизводительн-ой обработки корпусных деталей из различных материалов.
Наибольшая масса обрабатываемого изделия кг 1500
Размеры рабочей поверхности стола мм 800х800
Частота вращения поворотного стола (с круговой подачей) обмин 5
Количество позиций поворота стола 120 (через 3°)
Индексируемый поворот стола угл. с 360000х0001°
Точность автоматической установки поворота стола ±3
Конус для крепления инструмента в шпинделе ISO 50
Частота вращения шпинделя обмин 212-3000
Мощность электродвигателя привода вращения шпинделя кВт 75-22
Величина перемещения стола (поперечное) мм 1000
Величина перемещения бабки (вертикальное) мм 710
Величина перемещения стойки (продольное) мм 800
Время смены столов-спутников с 50
Количество столов-спутников в накопителе 2
Рабочие 1подачи стола шпиндельной бабки стойки мммин 1-3600
Скорость быстрых установочных перемещений мммин 12000
Емкость инструментального магазина30
Время смены инструмента с 5
наибольший диаметр рядом стоящих инструментов мм 125(160)
Наибольший диаметр инструмента при свободных соседних гнездах мм 160
Габариты мм 5388х5300х3455
Масса станка (без электрооборудования гидростанции устройств ЧПУ смены столов-спутников и принадлежностей) кг 10050
Рисунок 1.2 - Органы управления
Инструментальный магазинустроен следующим образом (рис. 19.21). Корпус 19 магазина с гнездами 20 для инструментальных оправок 21 размещен на верхнем торце стойки 2 станка и может поворачиваться относительно центральной оси.Сопряжение корпуса магазина с основанием происходит по направляющим 3—5 изготовленным из полимерного материала.Для поворота магазина служит высокомоментный электродвигатель 10 с возбуждением от постоянных магнитов. На валу двигателя на шпонке закреплено зубчатое колесо 12 входящее в зацепление с зубчатым венцом 18 привернутым к корпусу магазина. Угол поворота магазина задается с помощью конечных выключателей установленных на неподвижном кронштейне 13. Один из них (14) взаимодействует с упором 17 фиксирующим нулевое положение магазина другой 15 служит для отсчета гнезд магазина. Напротив каждого гнезда имеется такой же упор 16 взаимодействующий с конечным выключателем 15 при повороте магазина.Для того чтобы гнездо после очередного поворота на заданный угол останавливалось точно в положении смены инструмента предусмотрено фиксирующее устройство.На валу электродвигателя с помощью муфты закреплен диск 11 с двумя полукруглыми пазами 25. При подходе инструментального гнезда с позиции смены ролик 9 штоком гидроцилиндра 6 вводится в паз диска. Отключается электродвигатель 10 и происходит точная фиксация магазина. Бесконтактный выключатель 8 сигнализирует об этом в систему управления. После этого вступает в работу механизм автоматической смены инструмента.
Перед последующим поворотом ролик фиксатора выводится из зацепления с диском (шток гидроцилиндра смещается влево).Бесконтактный выключатель 7 формирует сигнал разрешающий выключение электродвигателя поворота магазина.
3 Описание кинематической цепи станка
Кинематика станка имеет две основные цепи: привод вращения шпинделя и привод
вспомогательных перемещения.
Привод вращения шпинделя осуществляется от электродвигателя 4АII2МФ6 (4квт. 960 обмин)
вращающих через сменные шкивы входной вал коробки скоростей.
Привод главного движения позволяет получить в одном цикле четыре левых и две правых скорости шпинделя торможение шпинделя освобождение шпинделя "перевернутый" диапазон левых и правых оборотов и торможение вспомогательного вала. Переключение скоростей осуществляется электромагнитными муфтами.
Вращение на шпиндель от выходного вала коробки скоростей передается через шкивы плоскозубчатым ремнем.
привод вспомогательного вала Вспомогательный вал получает вращение от электродвигателя главного привода черев цепную передачу и трензель который обеспечивает направления вращения вспомогательного вала при "перевернутом" диапазоне оборотов шпинделя. Сменные звездочки дают возможность получить две скорости (120 обмин и 150 обмин) на вспомогательном валу. Число оборотов вспомогательного вала определяется по формуле: при обработке длинных деталей
при обработке коротких деталей:
От вспомогательного вала получают движение: механизм подачи и зажима прутка механизм переключения револьверной головки коробка подач.
Привод распределительных валов
Поперечный и продольные распределительные валы получают вращение от шестерни z48 через коробку подач и червячные редукторы. Коробка а подач имеет настроечную гитару состоящую из трех пар сменных шестерен.
При необходимости получения ускоренного вращения распределительных валов включением электромагнитное муфты ЭM6 образуется кинематическая цепь z5174 идущая в обход гитары коробки подач.
От дисковых кулачков (K1 K2 K3 K4 K5) производится подача поперечных суппортов. Ригелями P1 и Р2 производится включение муфт вспомогательного вала. Ригели Р3 производят переключение командоаппарата.
Число оборотов распределительных валов определяется по формуле:-228600127000
при обработке длинных деталей
при обработке коротких деталей.
Изготовление одной детали производится за I оборот распределительного вала
Продолжительность изготовления одной детали определяется по формулам:
При обработке длинных деталей:
При обработке короткие деталей:
Рисунок 1.3 – Кинематическая схема станка
4 Принцип работы станока
Рисунок 1.5 - Принципиальная схема работы токарно-револьверного автомата:
- пруток; 2 - шпиндельная бабка; 3 - верхний и нижние поперечные суппорта; 4 - револьверная головка; 5 - продольный (револьверный) суппорт;
Принцип работы токарно-револьверного станока следующий : пруток 1 выдвинутый на длину обрабатываемой детали из цанги до упора расположенного в первой позиции револьверной головки 4 и зажатый ею вращается в шпинделе расположенном в шпиндельной бабке 2 (главное движение - Dp) который может иметь правое и левое вращение и различные частоты вращения в одном цикле. Обработка детали осуществляется режущими инструментами 6 закрепленными в резцедержателях (державках) устанавливаемых в револьверную головку 4 (движение подачи DS4) и на поперечных суппортах 3 (движение подачи DS1-DS3). Револьверная головка имеет шесть или восемь позиций (гнезд) для установки резцедержателей в каждом из которых может быть расположено до трех инструментов. Инструменты шестипозиционной револьверной головки поочередно после ее поворота могут производить обтачивание нарезание резьбы сверление зенкерование и развертывание путем подачи продольного суппорта 5. Поворот револьверной головки па следующую позицию происходит при отходе суппорта назад.
Поперечные суппорта имеют только радиальное перемещение и предназначены для проточки канавок снятия фасок обработки фасонных поверхностей фасонным резцом и отрезки готовой детали.
Все движения режущие инструменты получают от кулачков (на рис. 1.2 не показаны) установленных на распределительном валу станока через систему рычагов. Плечо рычага контактирующего с кулачком оканчивается роликом свободно обкатывающим поверхность кулачка. Деталь обрабатывается за один оборот распределительного вала.
5 Размеры рабочего пространства станока.
Рисунок 1.5 – Габариты рабочего пространства оборудования.
6 – Системы и механизмы управления станоком.
Основание выполнено в виде коробчатого сечения на верхней плоскости основания устанавливается и крепится шпильками станина. К левой стенке основания крепится электродвигатель главного привода.
Основание имеет шесть карманов с отверстиями для фундаментных и отжимных болтов.
Вертикальными стенками основание разделено на несколько отсеков. На левом торце основания имеются окно для установки коробки скоростей расположенной внутри левого отсека. Внутри отсека на специальных штырях хранятся сменные шестерни коробки скоростей. Доступ к сменным шестерням производится через окно с передней стороны.Прилегающий к левому торцу отсек основания служит резервуаром для масла. Емкость резервуара 40 литров.
Кроме того с задней стороны левого отсека имеется полости для установки сменных шкивов на валу двигателя.I
Нижняя часть среднего отсека служит резервуаром для охлаждающей жидкости. Емкость резервуара 110 литров. Очистка резервуара от грязи производится через окно на правой стенке основания закрытое крышкой.
В правом заднем углу основания крепится блок охлаждения состоящий из электронасоса ПА-45для подачи охлаждающей
От отработанной охлаждающей жидкости зона насоса отделена вертикальным ребром.
На задней стенке основания расположен указатель уровня охлаждающей жидкости Свободная от верхних платиков площадь образует внешнее корыто служит для сбора стружки и охлаждающей жидкости. В передней части корыта имеется окно для слива охлаждающей жидкости. В окне установили решетчатое полотно и отстойник в виде съемного короба..
В пространстве между пластиками под установку станины размещает- транспортер для удаления стружки.
Станина и распределительные валы (Рисунок 1.6 .1.7 1.8.)
Станина представляет собой L - образную отливку коробчатого сечения. Узел установлен на верхнем панке основания станока и прикреплен на нем шпильками.
Сверху на станине устанавливаются шпиндельная бабка поперечные и револьверный суппорты.
Слева - на станине устанавливаются командоаппарат справа - коробка подач.
В станине на подшипниках качения установлены: вспомогательный вал промежуточный вал вал барабанов два червячных вала соединенные между собой конической зубчатой передачей (I = 1:1).поперечный и продольный распределительные валы. Вспомогательный вал установлен на задней стороне станины. С левой стороны он несет шестерню на которую передается вращение от электродвигателя главного привода через трензель и предохранительную муфту шестерню при перегрузках. Далее на вспомогательном валу расположены: шестерня привода зала барабанов муфта привода вала барабанов управляемая вручную муфта для отключения левой (ведущей) части от правой (ведомой) муфта привода переключения револьверной головки шестерни привода переключения револьверной головки .коническая шестерня связанная с маховиком шестерня привода коробки подач.
На промежуточном валу размещены: промежуточная шестерня кулачок качающегося упора и кулачки отвода рычага муфты.
На левой части вала барабанов находится барабан подачи материал; и диск с накладным кулачком дающим команду на остановку станока с открытой цангой при окончании прутка.
На правой части вала барабанов находится шестерня привода вала барабанов и барабан зажима материала.
На продольном распределительном валу размещены: барабан переключения командоаппарата ригельный барабан переключения револьверной головки ригельный барабан включения подачи и зажима материала червячная шестерня привода распределительного вала блок сменных кулачков подачи поперечных и вертикальных суппортов и барабанный кулачковый подачи продольного суппорта.
При переходе ролика с кривой подъема на кривую спада изменяется: направление момента на кулачке. При повышении люфтах в червячных передачах это вызывает неустойчивую работу суппортов.
Для уменьшения люфта червяки выполнены с переменной толщиной витка а зазор ликвидируется смещением червяка вдоль его оси.
Поперечный распределительный вал несет: кулачок подачи револьвер кого суппорта червячную шестерню привода поперечного распредвала и кулачок привода ловителя ригельный барабан установки револьверного суппорта в отведенном положении и расцепления мальтийского механизмом.
На продольном червяном валу кроме червяков и конической шестерни
расположена предохранительная муфта (аналогичная муфте на вспомогательном валу) предохроняющие механизмы станока от перегрузок.
Для отвода и подвода револьверного суппорта без поворота револьверов головки имеется специальный механизм расположенный кулачок на ригельном барабане поперечного распределительного вала воз воздействует на рычаг и поворачивает планку разобщающую муфту мальтийского механизма. Если теперь включить муфту вспомогательного вала то произойдет поворот только кривошипного механизма без поворота револьверной головки
Для остановки револьверного суппорта в отведенном положении кулачек перемещает кулачки K13 и K14 относительно рычагов несущих муфты и фиксатора. Если теперь включить муфту вспомогательного вала то она совершат вместо двух оборотов - I оборот а вал кривошип- оборота и суппорт будет отведен назад на величину удвоенного fca кривошипа. Револьверная головка при. этом не поворачивается.
В зоне расположения барабана подачи материала установлено устройство для остановки станока при окончании прутка. Работа этого устройства происходит следующим образом. Если в процессе отхода подающей цанги назад она соскользнет с прутка то под действием пружины поворачивается рычаг подачи и ролик западает в карман кривой барабана подачи
воздействуя на промежуточный рычаг. После того как барабан повернется в положение соответствующее открытию зажимной цанги выступ заднего кулачка отклоняет рычаг в крайнее положение. Нажимается ригельный выключатель При этом отключается электродвигатель привода цепи и вспомогательного вала одновременно с этим вся система вспомогательного вала тормозится встречным включением коробки скоростей. Станок останавливается с открытой зажимной цангой.
Передача вращения на шлицевой валик револьверного суппорта осуществляется через вспомогательный вал и шестерни механизма поворота револьверной головки.
Рисунок 1.6 – Станина. Разрез по валам
Рисунок 1.7 – Вспомогательный вал.
Рисунок 1.8 Вал распределительный поперечных суппортов.
Рисунок 1.9 – Вар распределительный револьверного суппорта.
Коробка подач заключена в литой корпус который установлен у правого торца станины.
Привод коробки подач производится от шестерни вспомогательного вала входная шестерня коробки подач связана с шестерке червячного вала станине станока.
Коробка подач имеет два режима включения: рабочее вращение и ускоренное вращение распределительного вала
При рабочем вращении распределительного вала муфта обгона замкнута
На свободных концах валов коробки подач установлены три пары: сменных шестерен. Основной набор сменных шестерен состоит из 28 штук Еще 10 шестерен поставляются за дополнительную плату.
Для получения ускоренного вращения распределительных валов командоаппарат выдается команда на включение электромагнитной муфты ЭТМ-074. Муфта обгона при этом освобождается.
Смазка узла осуществляется от централизованной системы через)
отверстия в валах. Смазка втулок сменных шестерен - через пресс-масленку.
Рисунок 1.10– Коробка подач.
Унифицированная коробка скоростей AKC-206-63-II размещена в основании в левой его части.
Привод коробки скоростей осуществляется от электродвигателя установленного на основании - через плоскозубчатую ременную передачу со сменными шкивами. Максимально допустимый момент на шпинделе 25 кг*м (для станока 1Е140) и 13 кг*м (для станока ир800пмф4).
Коробка скоростей обеспечивает 6 станокических скоростей попарным включением электромагнитных муфт.
При работе на нормальном диапазоне имеется возможность получения 4-х левых и 2-х правых скоростей вращения шпинделя при работе на «перевернутом» диапазоне - 4-х правых и 2-х левых Кроме того коробка скоростей позволяет получить торможение шпинделя и освобождение шпинделя при работающем электродвигателе главного привода.
Смазка коробки скоростей осуществляется от смазочного блока установленного в основании станока.
Рисунок 1.11 – Коробка скоростей.
Револьверный суппорт
Револьверный суппорт скомпонован в литом корпусе установленном на стальной призматической направляющей. В направляющей зазор регулируется клиньями (2 шт.). В переднем отверстии корпуса
располагается револьверная головка" базирующаяся на зубчатые венцы с ториевыми зубьями.
Подвижный венед жестко закреплен на торце револьверной головки неподвижный венец - на корпусе револьверного суппорта. С целью повышения жесткости и точности установки револьверной головки в процессе фиксации производится затяжка головки путем приложения осевого усилия прижимающего подвижный венец к неподвижному. Это осевое усилие около 7000H создается блоком тарельчатых пружин .
Поворот револьверной головки осуществляется следующим образов. От быстродействующей муфты вспомогательного вала вращение шестернями передается на шлицевой валик суппорта.. Далее через коническую пару вращение передается на кривошип и на поводок мальтийского диска. Освобождение и фиксация револьверной головки осуществляются торцевым кулачком выполненные за одно целое с шестерней свободно сидящей на хвостовике головки к связанной с шестерней кривошипного вала. Торцевой кулачок контактирует с парой роликов установленных в специальной рамке. При станокической работе эта рамка не вращается. В процессе расфиксации головки ролики рамки скатываются во впадины кулачка и зубчатый венец с головкой получает возможность отхода от неподвижного венца. На начальном этапе расфиксации блок тарельчатых пружки прекращает свое силовое воздействие: его пружины замыкаются на уступ втулки блока и гайку.
Головка отводится теперь относительно слабой пружиной сжатия ее усилие около 200Н.
После поворота головки мальтийским механизмом производится ее фиксация. В процессе фиксации головки ролики рамки выкатываются на выступы кулачка л зубчатый венец головки фиксируется на неподвижное венце. На завершающем этапе фиксации блок тарельчатых пружин выводиться из замкнутого состояния и производит затяжку венцов с усилием около 7000 Н.
Рисунок 1.12 – Револьверный суппорт.
Револьверная головка имеет 8 отверстий для установки инструментов. Крепление инструментов производиться тангенциальными зажимами - сухарями.
Для быстрого отвода и подвода суппорта кривошипом без поворота головки (например при сверлении глубоких отверстий при остановке суппорта в заднем положении за счет складывания кривошипа) предусматривается устройство для многократного отвода револьверного суппорта поставляемого за дополнительную плату.
При наладке требуется осуществить разжим поворот и зажим головки вручную поворотом рукоятки зубчатый сектор которой воздействует на рейку связанную с рамкой несущей два ролика. Рукоятка оставленная в положении разжима головки подводится пружиной к исходному положению зажима головки.
Подача револьверного суппорта осуществляется рычагом подачи через вилку соединенную с шатуном посредством втулки. Втулка стопорится на вилке и на шатуне контргайками. При освобожденных контргайках вращением втулки можно перемещать шатуна следовательно и весь суппорт относительно вилки и рычага подачи. Таким образом регулируется расстояние между головкой и торием шпинделя.
Подача суппорта производится через вал кривошипа соединенного через цапфу с шатуном. Возврат суппорта осуществляется за счет усилия пружин воздействующих на рычаг подачи суппорта и регулируемых специальным винтом. Для устранения зазоров в приводе подачи корпус суппорта постоянно притянут к рычагу пружиной.
Стабильность положения суппорта относительно верхней оси рычага подачи обеспечивается фиксатором на диске кривошипа.
Фиксатор на мальтийском диске обеспечивает нормальную работу мальтийского механизма при расфиксаиии неуравновешенной револьверной головки (с установленными державками). Смазка направляющих осуществляется централизованной смазочной системы под давлением смазка механизмов суппорта - из масляной ванны находящейся в корпусе.
Передний и задний поперечные суппорты
Передний поперечный и задний поперечный суппорты установлены
на стальных призматических направляющих.
Зазоры появляющиеся при износе могут быть устранены шлифовкой поверхностей подвижных планок и регулировкой ключом. Направляющие установлены на верхней поверхности станины станока перед шпиндельной бабкой
Перемещения суппортов по направлению к оси шпинделя осуществляется рычажной системой от кулачков продольного распределительного вала. возврат суппортов осуществляется пружинами. Для ограничения переднего положения суппортов служат регулируемые упор.
Рисунок 1.13 – Суппорт задний поперечный
На верхних плоскостях поперечных суппортов устанавливают
державки для крепления которых на каждом суппорте предусмотрены по два Т - образных паза.
Для перемещения суппорта относительно рычажной системы служит лимб. При повороте лимба на один оборот- суппорт перемещается на 175 мм относительно упорной тяги.
Смазка направляющих суппортов производится от централизованной
Рисунок 1.14 – Поперечный суппорт передний.
Задний вертикальный суппорт
Задний вертикальный суппорт размещен на верхней плоскости шпиндельной бабки. Зазор в направляющей выбирается клином.
Перемещение суппорта по направляющей к оси шпинделя осуществляются рычажной системой от кулачков продольного распределительного вала. Возврат суппорта осуществляется пружиной . Для ограничения переднего положения суппорту служат регулируемый упор.
На жесткой оси ползушики крепится резцовая державка. Державка крепится двумя тангенциальными зажимными сухарями. При перетянутых винтах крепления державки могут быть перемещены в поперечном направлении с помощью винтов что обеспечивает установку резца по центру обрабатываемой детали.
Резец наклонен на величину переднего угла резания (8) относительно направления подачи суппорта
Для регулирования резцовой державки в направлении перпендикулярном оси шпинделя служит лимб. Ползунка позиции I перемещается относительно рычажной систем и каретки позиции 2. При повороте на один оборот державка перемещается на 175мм. Стопорение ползушки относительно каретки осуществляется винтом позиции З в одном из двух резьбовых
Для перемещения резцов державки вдоль оси шпинделя служит винт с лимбом. За един оборот лимба кронштейн перемешается на . 1 75.
4300050165Смазка направляющей суппорта производится от централизованной смазочной системы.'
Рисунок 1.15 – Задний вертикальный суппорт.

Metod KR UTS.doc

Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра «Технология машиностроения»
Утверждено на заседании кафедры
«Технология машиностроения»
« 19 » марта 2020 г. протокол № 10
Заведующий кафедрой
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению курсовой работы
по дисциплине (модулю)
«Управление технологическими системаи»
основной профессиональной образовательной программы
высшего образования – программы бакалавриата
по направлению подготовки (специальности)
03.05Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных
с направленностью (профилем)
Технология машиностроения
Форма обучения: очная заочная
Идентификационный номер образовательной программы: 150305-02-20
Разработчик(и) методических указаний
(ФИО должность ученая степень ученое звание) (подпись)
Цель и порядок выполнения курсовой работы 4
Содержание и оформление курсовой работы . 4
Методические указания по выполнению курсовой работы .. 8
1. Анализ кинематики станка 8
2. Функциональная схема СЧПУ . 10
3. Схемы электроавтоматики и подключение СЧПУ к станку . 13
4. Разработка алгоритма и программы цикла позиционирования 20
.Задание на курсовую работу 22
Список литературы . 22
ЦЕЛЬ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Целью данной курсовой работы является привитие у студентов навыков
общего подхода к задачам работирования СЧПУ металлорежущими станками а
также навыков самостоятельной инженерной работы при решении конкретных
задач по их разработке и эксплуатации. Курсовая работа рассчитан на
применение студентами знаний и навыков полученных при изучении таких
дисциплин “Автоматизированный электропривод станков и промышленных
роботов” “Электроника и микропроцессорная техника систем управления”
“Схемотехника” “Теория автоматического управления” и др.
Организация выполнения курсовой работы строится по принципу
консультаций и самостоятельной работы студентов. Преподаватель осуществляет
поэтапный контроль графика выполнения курсового работа.
СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Объектом курсового работа является собственно СЧПУ ее компоненты и
связи с механическим модулем станка через его электроавтоматику. Работ
носит учебный характер и включает в себя следующие этапы:
Анализ кинематики станка и обоснование типа и числа управляемых и
контролируемых параметров.
Уточнение функциональной схему УЧПУ.
Разработка электрических принципиальных схем подключения УЧПУ и
электроавтоматики станка.
Разработка блок-схемы алгоритма и программного обеспечения одного
из циклов позиционирования.
По результатам курсового работирования в соответствии с требованиями
стандартов ЕСКД оформляется пояснительная записка объемом 30-40 страниц
рукописного текста и графический материал объемом 25-3 листа формата А1.
Графическая часть должна содержать:
Кинематическую схему станка с указанием всех датчиком и
исполнительных приводов.
Электрическую принципиальную схему подключения УЧПУ к станку.
Фрагмент электрической принципиальной схемы электроавтоматики
станка обеспечивающей реализацию заданного набора вспомогательных
Функциональную схему УЧПУ.
Фрагмент электрической принципиальной схемы интерфейса связи со
Блок-схему алгоритма цикла позиционирования.
Задание на курсовой работ определяется типом конкретного станка и
вектором задания (Р) который равен порядковому номеру студента в общем
списке студентов уменьшенному на единицу Р = N - 1 =
n = 01( 9; l= 01( 9 – разряды десятичного числа. Каждый
разряд вектора задания представленного в двоично-десятичной форме
отражает вариант параметров исходных данных.
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
Каждому разряду или сочетанию разрядов соответствует свой тип
параметров исходных данных.
D0- тип датчика обратной связи:
- сельсин БС- 155. Цена оборота датчика h= 2 ммоб; величина дискреты
- фотоимпульсный датчик типа ВЕ –178. Относительная дискрета [pic]=
D1D0- тип интерфейса связи со станком:
- интерфейс связи с электроавтоматикой станка ИЭКА;
- интерфейс связи с датчиком обратной связи.
D2D0- тип цикла позиционирования:
- К1= К2 = К3 =1; U4 = 4
- К1= 05 К2 = К3 =1; U4 = 4U1 U2 = 2
- К1= К3 = 05 К2 = 1; U4 = 4U1 U2 = 2U1 U3 = 3
D2D1- тип базовой УЧПУ:
D5- скорость перемещения исполнительного органа;
- рабочая подача 12 ммин скорость быстрых ходов 48 ммин;
- рабочая подача 24 ммин скорость быстрых ходов 10 ммин.
D6- величина максимального перемещения: 0- 500 мм 1- 800мм.
Задание выдается в виде бланка задания в котором указаны модель
станка тип привода подачи и вспомогательной функции требующим своей
реализации в курсовом работе код ее равен номеру задания Р. Необходимо
реализовать пять вспомогательных М функций на различные типы исполнительных
устройств или фрагмент реализации S и Т – функций по заданию
Для систем с мультиплексированной шиной адрес внешнего устройства
принять равным А8=АБ+Х8 где АБ – начальный адрес закрепленный за внешними
устройствами в данной СЧПУ а Х8 = Р8.
В расчетах принять допущение что система управления с разомкнутой
главной обратной связью описывается передаточной функцией имеющей первый
где К- коэффициент усиления системы по одной из координат 1c;
Т – постоянная времени системы с.
С целью сохранения устойчивости и обеспечения колебательного
переходного процесса принять:
К=100 + 5n 1с; Т=05(l+1)(10-2 c
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
1. Анализ кинематики станка
Если в качестве базового предложен какой либо универсальный станок
то необходимо произвести его модернизацию с целью обеспечения управления
его от ЧПУ. Если тип приводов подач в задании не соответствует приводам
базовой модели то студент самостоятельно вносит изменения в кинематическую
Во всех случаях необходимо из общих соображений дать обоснование
применения имеющихся приводов подачи и главного движения если они не
соответствуют заданию предложить свои типы приводов (мощность крутящий
момент максимальная скорость диапазон регулирования режим работы).
На кинематической схеме необходимо указать все исполнительные органы
(приводы смены инструмента задней бабки закрепление инструмента
автооператора электромагнитные муфты переключения скорости привода
главного движения и др. по заданию преподавателя) а также все датчики
обратной связи с соответствующими кинематическими связями датчики контроля
граничных положений рабочего органа и вспомогательных механизмов датчики
контроля выхода в исходную точку (нулевую) и др. Фрагмент кинематической
схемы показан на рис. 3.1.
На основании проведенной работы делается заключение о количестве и
типе управляемых и контролируемых параметров делаются рекомендации по их
обработке и формирования. Формируются требования по входам и выходам СЧПУ.
2. Функциональная схема СЧПУ
В качестве базовой модели СЧПУ в курсовом работе берется одна из
известных систем: “Электроника НЦ-31” “Электроника НЦ-80” (МС2101) 2С32
(2Р32). Их функциональные схемы приведены в [8]. Интерфейсная часть
приведенной в работе СЧПУ должна четко отражать вариант задания по:
количеству ЦАП и АЦП;
Количеству входоввыходов интерфейса ЭА.
При этом необходимо определить:
закрепить ячейки памяти за соответствующей информацией;
закрепить выходные каналы ЦАП и АЦП за соответствующими координатами.
Рекомендуется область памяти выделить не для одного или двух кадров
программы а для всей программы. Для обработки корпусной детали (3-х
координатная СЧПУ) средней сложности требуется до 300-1000 кадров
Для записи кода (адреса) команд технологической группы достаточно
одной ячейки памяти. Для записи числовой информации после кода этих команд
(G N M S) достаточно двух десятичных разрядов.
По адресам координатных перемещений (X Y Z) необходимо определить
величину максимального перемещения в дискретах
где ( - цена одной дискреты мм;
Xmax – максимальное перемещение по координате Х мм.
При этом рекомендуется брать максимальное число соответствующие
полученному количеству разрядов (например если Nmax = 80000 то необходимо
принять [pic]= 99999 = 105 - 1)
где n – число разрядов Nmax.
При представлении числа необходимо учитывать знаковый разряд тогда
для записи Хmax необходимо n + 1 десятичный разряд один из которых
Емкость одной ячейки памяти – 1 байт двоичной информации. Если
принять восьмеричную систему счисления то в две последовательные ячейки
(16 бит) могут быть записаны 5 разрядов восьмеричного числа (163 = 5+13).
Для записи [pic] необходимо m ячеек памяти
Стандартный кадр управления программы круговая интерполяция без
указания скорости подачи имеет вид:
G02 X + Xmax Y + Ymax I + Xmax J + Xmax (3.3)
+ 1 + 1 + [pic] + 1 + [pic] + 1 + [pic] + 1 + [pic] = 6 + 4[pic]
ячеек памяти. Таким образом если ввести пересчет управляющей
программы через кадры круговой интерполяции то объем памяти необходимый
VОЗУ = (300(1000)((6 + 4[pic])
Например при Xmax = 800 мм ( = 001 мм [pic] = 3
VОЗУ = 300(18 = 5400 байт =54 Кбайт
Необходимо также задать адреса всех периферийных устройств: регистров
ЦАП и АЦП ЭКА и ДОС.
Следует учитывать что начальная область ПЗУ используется для
размещения векторов прерываний и резидентных тестов в системах с общей
шиной адреса периферийных устройств располагаются начиная с адреса 1600008
данные и адреса представлены в восьмеричной системе. Кроме управления
приводами перемещений СЧПУ организует и формирует сигналы управления
электроавтоматикой станка. Поэтому необходимо определить входные и выходные
сигналы и емкость входных и выходных регистров учитывая двоично-десятичный
формат представления функций.
Отметим некоторые из этих сигналов:
а) для каждой координаты сигналы:
с конечных выключателей крайних положений рабочего огана;
с конечных выключателей нулевого положения исполнительных органов;
с конечных выключателей замедления скорости при подходе к нулевому
положению (1 или 2).
б) для привода главного движения:
с узла фиксации инструмента.
г) готовность станка и др.
Определить максимальное время формирования управляющих импульсов на
быстрых ходах рабочего органа
где Vбх – скорость быстрых ходов ммин;
fmax – максимальная частота импульсов поступающих с ДОС в СЧПУ.
Минимальный период выдачи импульсов на выходе ЦАП определяется
временем вычислительных операций выполняемых в соответствии с заданным
алгоритмом позиционирования. В предлагаемых заданиях на работ цикла
позиционирования число вычислительных операций: логических и
арифметических которые необходимо выполнить чтобы сформировать выходной
сигнал на ЦАП лежит в пределах от 6 до 14 операций (или от 12 до 30 команд)
W – быстродействие микроЭВМ – СЧПУ опс;
n – число команд по программе реализующей алгоритм позиционирования
Тогда максимальное время формирования управляющего сигнала на выходе
(mах = 1fmax + К (min + (АП (3.5)
где К – коэффициент учитывающий несоответствие реальной длительности
выполнения операций алгоритма позиционирования длительности операций
используемых для определения W (принять К = 15);
(АП – время задержки в аппаратной части ЦАП или время
преобразования(5 20нс).
В реальных системах (mах на два три порядка меньше постоянной
времени привода подачи или всей системы (Т) и всегда меньше 1fmax.
3. Схемы электроавтоматики и подключение СЧПУ к станку
В задачу курсового работа входит разработка фрагмента электрической
принципиальной схемы электроавтоматики станка. Он должен содержать все
необходимые атрибуты: вводной автомат защиты средства защиты на всех
исполнительных приводах средства подавления помех формируемых устройством
при коммутации средства индикации трансформаторы для формирования
напряжений питающих промежуточные схемы управления и др.
На схеме должно быть отражено: подключение комплектных приводов с
указанием выходов контроля состояния: готовность привода термозащита
авария; входов управления ими и соединение блоков управления с двигателями
(М1(Мi) тагогенераторами термодатчиками тормозами (и другими элементами
входящими в его состав). Пример подключения комплектного привода серии
КЕМРОН (Болгария) показан на рис. 3.2.
Необходимо полностью отразить схему реализации комплекса заданных
вспомогательных функций начиная с выходного разъема СЧПУ на котором
формируется функция и кончая конкретными исполнительными приводами. При
этом будем предполагать импульсный способ формирования команд управления
электроавтоматикой станка. Для однозначного определения например М –
функций примем что М(n) – функция включения трехфазного асинхронного
двигателя (М М(n+1) – против часовой стрелки; М(n+2)
– функция выключения двигателя; М(n+3) – функция включения трехфазного
асинхронного двигателя (М М(n+4) – функция выключения двигателя
Промежуточная схема дешифрации М – функций должна строиться по
известным законам Булевой алгебры. При этом для упрощения задачи
предположим что в станке могут быть использованы всевозможные М – функции
промежуточные реле включенные на входе СЧПУ имеют
[pic] неограниченное число групп контактов отсутствию сигнала М на выходе
разъема соответствует “высокий” потенциал (то есть вспомогательное реле
Для реализации комплекса функций например начиная с KV34
предполагая что на выходах разъема системы ЧПУ М01 М02 М08 М10 М20
М40 М80 установлены соответствующие реле KV01 KV02 ( KV40 KV80.
Состояние контактов реле будем характеризовать некоторой функцией Xij
принимающей значение 1 – контакты замкнуты; 0- контакты разомкнуты.
Реле имеет как нормально разомкнутые контакты Xij так и нормально
Таким образом для реализации функции M34 то есть для включения
промежуточного реле KV34 необходимо реализовать зависимость:
Включение нормально разомкнутых контактов реле KV34 – отражает цепь
включения самоблокировки а включение нормально замкнутых контактов реле
KV35 KV36 отражает цепь включения функций М35 М36. Аналогичным образом
строятся зависимости для управления реле KV35 KV36 KV37 KV38. На
основании полученных зависимостей строится схема управления рис. 3.3.
Непременным условием решения задачи работирования схем
электроавтоматики станка является формирование сигнала “Готовность станка”.
Возможны несколько вариантов его формирования. Они определяются типом СЧПУ
организацией обмена информацией с периферией и т.д. В любом случае сигнал
“Готовность станка” содержит информацию о подаче питания на исполнительные
устройства: приводы подачи гидростанцию и другие исполнительные
устройства наличие масла в гидростанции наличие давления воздуха в
пневмосети и т.д. об аварии приводов готовности ЧПУ о включении станка и
[pic]Реализация сигнала “Готовность станка ” с помощью например реле КV
сигнализируют о подаче напряжения на приводы подачи; КV 102 – контакты
реле сигнализируют об отсутствии аварии в приводах; КV 103 – контакты
реле сигнализирующие о готовности СЧПУ; РL1 – контакты датчика уровня
масла в гидростанции. Обмотки всех перечисленных реле должны быть
обязательно показаны на схеме или указаны в блоках где они установлены.
Схема подключения СЧПУ должна отражать все ее функциональные
возможности не только подвергнутые разработке в работе но и характерные
данному классу систем. На ней необходимо показать выходы управления сменой
инструмента Tij выходы управления скоростью главного движения при
бесступенчатом способе управления S и при ступенчатом Sij выходы
вспомогательной функции Мij если необходимо выход “Готовность ЧПУ”.
Количество выходов Tij Sij Mijопределяются в процессе работирования. На
всех выходах устанавливаются промежуточные реле KVi. На схеме должны быть
показаны выводы подключения всех конечных выключателей и контактных
датчиков входы “Ответ М” “Ответ Т” “Ответ S”; “Готовность станка” а
также входы контроля фиксации магазина инструментов
Все входы электроавтоматики станка могут быть выведены через один
разъем СЧПУ все входы через другой. На схеме подключения СЧПУ необходимо
указать выходы ЦАП управления приводами подачи входы датчиков положения
рабочего органа станка датчики резьбонарезания входы АЦП и др. Выходы ЦАП
выводятся через один разъем СЧПУ. Каждый датчик положения связан с СЧПУ
через свой разъем. Необходимо помнить что при использовании
электрогидравлического шагового двигателя в приводах подач датчики
положения рабочего органа не устанавливаются
Пример схемы подключения СЧПУ показан на рис. 3.4. При работировании
принципиальных электрических схем электроавтоматики и подключения СЧПУ
необходимо выполнять все требования ЕСКД.
4. Разработка алгоритма и программы цикла позиционирования
В общем случае любой цикл позиционирования может быть представлен
графиком рис. 3.5. На каждом этапе приближения к точке позиционирования X0
система формирует одно из возможных управлений U:
для положительной области ( ( 0 КN = 1 для отрицательной области
Для случая ступенчатого цикла позиционирования (G60) уравнения (3.7)
не имеют силы а К1 = К2 = К3 = 0. Блок-схема алгоритма позиционирования
показана на рис. 3.6. Цикл начинается с расчета текущего значения ( = Х –
Х0 после определения знака ( формируется значение коэффициента КN. Далее
проводится анализ выполнения условия ( > (i на основании которого
формируется управление
После выполнения условия ( (1 включается подпрограмма
формирования сигналов конца обработки кадра КОК. На блок-схеме опущена
[pic] подпрограмма задержки ( перед формированием сигналов КОК. Аналогичный
алгоритм реализуется по координате Y.
Система команд и методы адресации рассмотренные ниже характерны для
УЧПУ на основе ЭВМ “Электроника 60”.
Каждый студент должен составить блок-схему алгоритма и программу для
цикла позиционирования соответствующего его заданию. При этом необходимо
выбрать конкретные значения всех параметров. Зона нечувствительности (1
обеспечивающая отсечку различных флуктуаций равна 1 3 дискреты. Скачок
управления U1 равен 1 3 дискретам изменения выходного напряжения ЦАП ( для
Д = 10000 U1 = 10 30 мВ для Д = 10000 U1 =1 3 В.
Для однозначного определения управляющих воздействий примем U2 = 2 В
U3 = 5 В U4 = 10 В необходимо их представить в единицах дискрет ЦАП. (2
(3 (4 - определяются инерционностью привода и максимальной скоростью
перемещения привода. Будем определять их по зависимости (3.7) учитывая в
учебных целях что K Ki – коэффициенты данные в задании на
курсовой работ [ Ki ] = Bмм.
Для ступенчатого цикла позиционирования примем U1 = 0.5 В b2 = 0.1 мм
Задание на курсовую работу
Задание выдается по таблице заданий в котором указаны модель станка
[15] тип привода подачи и вспомогательной функции требующим своей
реализации в курсовом работе ее номер равен вектору задания (Р).
Необходимо реализовать не менее пяти вспомогательных М функций на различные
типы исполнительных устройств или фрагмент реализации S и Т – функций по
заданию преподавателя. Варианты заданий представлены в таблице 4.1
Таблица 4.1 - ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
№ Модель станка Тип привода подачи Тип функции
6Р13Ф3-37 (с. 141) ДПТ S
6Р13Ф3 (с. 144) ЭГШД S(M)
16К20Ф3С5 (с. 75) ЭГШД S
15К20Т1 (с. 80) ДПТ S(M)
1В340Ф30 (с. 81) ДПТ T
1Б732Ф3 (с. 89) ЭГШД M
1А734Ф3(с. 93) ДПТ T
1725МФ3(с. 97) ДПТ T
ТМЦ-200 (с. 101) ДПТ T
2554Ф2 (с. 116) ДПТ Т
2611Ф2 (с. 124) ДПТ М
243ВМФ2 (с. 157) ДПТ Т
6305Ф4 (с. 168) ЭГШД Т
ИР500ПМФ4 (с. 171) ДПТ Т
3М151Ф2 (с. 198) ДПТ М
53А20Ф4 (с. 228) ДПТ М
Библиографический список
Сосонкин В. Л. Микропроцессорные системы числового программного
управления станками. - М. 1985. - 198 c.
Станки с программным управлением и промышленные роботы. Локтеева С.
Е. - М. 1986. - 320с.
Станки с программным управлением: Справочник. - М. 1981. - 200с.
Ратмиров В. А. Управление станками гибких производственных систем. -
Гнатек О. Р. Справочник по цифроаналоговым и аналогово-цифровым
преобразователям Пер. с англ. под ред. Ю. А. Рюжина. - М. 1977. - 76с.
Волчкевич Л. И. Ковалев М. П. Кузнецов М. М. Комплексная
автоматизация производства. - М. 1983. - 270с.
Аналоговые и цифровые интегральные схемы: Справочник Под ред. С. В.
Якубовского. - М.: Радио и связь -1985.- 360с.
Микропроцессоры. В 3-х кн.: Учеб. для втузов Под ред. Л. Н.
Преснухина. Кн. 1. Архитектура и работирование микро-ЭВМ. Организация
вычислительных процессов. - М.: Высш. школа1986.
Работирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах
В. В. Сташин и др. - М.: Энергоатомиздат 1990.
Микропроцессоры имикропроцессорные комплекты интегральных микросхем:
Справочник. В 2-х т. Под ред. В. А. Шахнова. - М.: Радио и связь 1988.
Комплект БИС 1804 в процессорах и контроллерах. Под ред. В. В.
Смолова. - М.: Радио и связь. - 1990.
Калабеков Б. А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи
и обработки сигналов. - М.: Радио и связь 1988.
Федорков Б. Г. Телец В. А. Дегтяренко В. П. Микроэлектронные цифро-
аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. - М.: Радио и связь 1984. -
ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой
вычислительной техники. - М.: Госстандарт СССР 1981. - 32с.
Пример выполнения курсовой работы
Пусть студент находится под 20-ым номером в списке группы и получает бланк
задания представленный в приложении 1. Тогда ход выполнения курсовой работы
должен быть следующим (см. пример в приложении 2 к методическим указаниям).
Студент ХХХХХХХ Е. А. группа ХХХХХХ
Тема работа: «Система управления технологическим объектом»
Тип объекта управления 16К20Ф3С5
Тип вспомогательных органов ДПТ
Вспомогательные функции Т
СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
1 Кинематическая схема объекта;
2 Электрическая принципиальная схема подключения ЧПУ;
3 Фрагмент электрической принципиальной схемы электроавтоматики;
4 Функциональная схема УЧПУ.
Расчетно-пояснительная записка
1 Анализ кинематической схемы станка;
2 Выбор типа и числа управляемых и контролируемых параметров;
3 Обоснование типа системы УЧПУ (разрядность объем ОЗУ);
4 Разработка электрической принципиальной схемы подключения УЧПУ:
5 Разработка электрической принципиальной схемы
6 Разработка алгоритма позиционирования;
8 Список используемой литературы.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
«Управление технологическими системами»
«СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ»
Анализ кинематики станка 5
Функциональная схема СЧПУ 6
1 Описание СЧПУ «Электроника НЦ-31» 6
2 Определение разрядности и объема ОЗУ 8
Схемы электроавтоматики и подключения СЧПУ к станку 9
1 Электрическая принципиальная схема электроавтоматики станка9
2 Реализация комплекса вспомогательных М-функций и Т-функций
автоматической смены инструмента 10
3 Реализация схемы подключения СЧПУ 11
Разработка цикла позиционирования 12
1 Алгоритм цикла позиционирования 12
2 Блок-схема алгоритма 13
Библиографический список 15
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1910= 0 1 0 0 1 0 0 0 2-10
Согласно задания выбираем датчик обратной связи: фотоимпульсный
датчик ВЕ-178 величина относительной дискреты (=2500 ммоб; тип интерфейса
связи со станком – ЦАП; тип цикла позиционирования К1= К2=К3=1 U4=4U1 .
Тип базовой УЧПУ: «Электроника НЦ-31»; рабочая подача 12 ммин
скорость быстрых ходов 48 ммин; величина максимального перемещения 500
Для систем с мультиплексированной шиной адрес внешних устройств
принимаем равным А8=А5+Х8.
А5 – начальный адрес закрепленный за внешними устройствами в
Принимаем допущение что система управления с разомкнутой главной
обратной связью описывается передаточной функцией имеющей первый порядок
К – коэффициент усиления системы по одной из координат с-1.
С целью сохранения устойчивости и обеспечения колебательного перехода
Анализ кинематики станка
Рассмотрим кинематическую схему токарно-винторезного станка с ЧПУ
Кинематическая схема состоит из следующих цепей (рис.2.1):
вращения шпинделя – главное движение М1;
поперечное перемещение суппорта: поперечная подача (привод Y) М2;
продольное перемещение суппорта: продольная подача (привод Z) М3;
вращение револьверной головки М4;
перемещение задней бабки (привод Z’) М5;
В качестве привода главного движения и приводов подач используется
комплектный электропривод ЭТЗИ.
Токарный станок ИТ42 имеет компоновку с горизонтальными направляющими.
На станине располагается шпиндельная бабка с коробкой скоростей
револьверная головка и задняя бабка. Станок имеет три управляемые
координаты: Z – перемещение суппорта вдоль оси шпинделя Z’ – перемещение
задней бабки X – перемещение суппорта перпендикулярно оси шпинделя.
Контроль перемещения по оси Z осуществляется при помощи конечных
выключателей SQ1 SQ4 по оси X – SQ5 SQ8 по оси Z’ – SQ24SQ25. На каждом
ходовом винте установлен датчик типа ВЕ-178.
Привод главного движения состоит из электродвигателя постоянного тока
мощностью 4 кВт коробки скоростей и шпинделя установленного в передней
бабке. Контроль за вращением шпинделя осуществляется при помощи датчика
резьбонарезания типа ВЕ-178.
Переключение скоростей происходит при помощи пневмоцилиндра. Остановка
переключения скоростей производится через конечные выключатели SQ и SQ14.
Смена инструмента револьверной головки на 12 инструментов происходит
при помощи электродвигателя М4 следующим образом: револьверная головка
поворачивается до заданной позиции и останавливается по достижении одного
из конечных выключателей SQ9 SQ20 с небольшим перебегом; далее включается
реверс двигателя и происходит посадка в заданную позицию нажатие SQ21 и
отключение двигателя.
Функциональная схема СЧПУ
1 Описание УЧПУ «Электроника НЦ-31»
Аппаратно-программное исполнение систем этого поколения в значительной
степени ориентировано на определенную группу станков. Таким
специализированным УЧПУ является «Электроника НЦ-З1» предназначенная
главным образом для токарной группы станков. Конструктивно устройство
рассчитано на встройку в станок. Им оснащают токарные станки различных
типоразмеров в том числе встраиваемые в ГПС. В последнем случае УЧПУ
оснащают дополнительным модулем. УЧПУ «Электроника НЦ-З1» обеспечивает
контурное управление при следящем приводе подач и импульсных датчиках
Ввод программы может быть выполнен тремя способами: с клавиатуры УЧПУ
с кассеты электронной памяти и по каналу связи от ЭВМ верхнего ранга.
Вычислительная часть УЧПУ «Электроника НЦ-31» состоит из процессора П1
(П2); ОЗУ (4К слов) адаптера магистрали и таймера. Базовое программное
обеспечение заносится в ПЗУ на этапе изготовления УЧПУ.
Модули УЧПУ взаимодействуют между собой с использованием магистрали
типа «общая шина». Одновременно могут взаимодействовать только два из них
выполняя одну из двух функций: передачу управления магистралью или обмен
информацией. В свою очередь обмен информацией подразделяется на чтение и
запись по нему. Ведомые модули (ОЗУ и контроллер привода) участвуют в
обменах только после адресного вызова от одного из остальных ведущих
Обмен информацией по магистрали осуществляется 16-разрядными словами.
Объем адресного пространства в котором возможны обмены по «Общей шине»
равен 64К слов. Запросы на обмен информацией по магистрали возникают от
ведущих модулей асинхронно и независимо. Предоставление магистрали одному
из ведущих модулей запросивших обмен выполняется арбитром магистрали
входящим в состав процессора.
Кроме магистрали «общая шина» имеется дополнительный радиальный канал
для связи модулей. Дополнительный канал управляемый адаптером магистрали
увеличивает функциональную гибкость УЧПУ в целом и позволяет упростить
аппаратную реализацию модулей.
Адаптер магистрали реализует также функцию отсчета программно
задаваемых интервалов времени (максимальная длительность задаваемого
интервала 64К дискрет по 01 мс). Задание на отработку интервала времени
поступает в адаптер от процессора и по окончании отработки сообщается
процессору вызывая его прерывание.
При необходимости обмена информацией с пультом оператора или с одним
из контроллеров инициатор обмена запрашивает разрешение захвата общей
магистрали и после разрешения генерирует адрес ведомого устройства. Модуль
адаптера преобразует этот адрес в сообщение по радиальному каналу на
вызываемый ведомый модуль.
Контроллер электроавтоматики (16 входов и выходов) обеспечивает
электрическое согласование сигналов между УЧПУ и электрооборудованием
станка а также вызывает прерывание процессора при поступлении сигнала
электроавтоматики. Обеспечена возможность адресного маскирования (запрета)
прерывания процессора. Для организации прерываний могут быть использованы
восемь входов. Все входы и выходы в УЧПУ «Электроника НЦ-31» так же как и
в других микропроцессорных системах управления имеют оптронную развязку с
электрическими цепями станка.
Указанное число входов и выходов является достаточным лишь при
несложных задачах управления электроавтоматикой. Для ГП-модулей
предусматривается программируемый командо-аппарат связанный по каналам
электроавтоматики с УЧПУ.
В УЧПУ «Электроника НЦ-З1 предусмотрено четыре входа от импульсных
измерительных преобразователей. Один из входов используется для импульсного
преобразователя электронного маховика ручного управления. В токарных
станках кроме импульсных преобразователей по координатам устанавливается
датчик на главном приводе для обеспечения режима резьбонарезания. Остальные
импульсные преобразователи выполняют функцию датчиков обратной связи по
пути (координаты X Z).
Программное обеспечение УЧПУ позволяет работать в режиме обучения. В
этом режиме при ручном управлении и работе от маховика параллельно с
обработкой детали формируется управляющая программа для обработки
последующих деталей в автоматическом режиме. Разбиение управляющей
программы на кадры включающие команды по адресам М S T также
выполняется автоматически.
Контроллер привода обеспечивает управление скоростью движения (подачи)
по осям X Z выполняя функцию преобразования двоичного кода скорости подачи
в пропорциональный этому коду аналоговый сигнал (дискретность 5 мВ;
Модуль пульта оператора обеспечивает взаимодействия оператора с УЧПУ.
Элементы индикации позволяют индицировать: скорость подачи; номер и
параметры кадра управляющей программы; информацию о состоянии УЧПУ. Клавиши
панели пульта оператора обеспечивают ввод и отработку управляющей программы
по шагам либо в автоматическом режиме.
Модуль ОЗУ внешней памяти выполнен в виде кассеты электронной памяти.
Он позволяет расширить объем оперативной памяти УЧПУ от 4К слов в модуле
ОЗУ до 8К слов суммарного объема и выполнить ввод или вывод из УЧПУ
отлаженных программ обработки. Кассета имеет аккумуляторный источник
питания обеспечивающий сохранение информации не менее 100 ч.
В основном исполнении УЧПУ «Электроника НЦ-31» имеет
специализированное программное обеспечение ориентированное на выполнение
функций токарной обработки. Обеспечивается выполнение развитых
технологических циклов оформленных в виде G-функций. К ним относятся циклы
продольного и поперечного точения (G70 G71) многопроходной черновой
обработки (G77 G78) глубокого сверления (G73 G72) нарезания торцовых и
цилиндрических канавок (G74 G75) нарезания резьбы (G31 G33). В УЧПУ
предусмотрена возможность параметрического задания подпрограмм циклов и
выполнение команд условных переходов по внешнему сигналу. Основным способом
коррекции инструмента является повторный выход в режим размерной привязки.
В результате этой процедуры устройство автоматически формирует величины
корректоров и запоминает их значения в области памяти корректоров. При этом
дискретность величин корректоров соответствует дискретности измерительных
преобразователей обратной связи по пути а не дискретности задания
размеров. Область памяти корректоров доступна по записи и чтению с пульта
Программное обеспечение УЧПУ «Электроника НЦ-31» предусматривает
диагностику ошибок и после обнаружения их останавливает отработку
управляющей программы. Диагностика превышения допустимых скоростей в
определенном диапазоне носит предупредительный характер.
2 Определение разрядности и объема ОЗУ
По адресам координатных перемещений (ХYZ) необходимо определить
величину максимального перемещения в дискретах.
[pic] h – шаг ходового винта
[pic] - максимальное перемещение по координате Х мм.
[pic] где n – число разрядов [pic].
Емкость одной ячейки памяти – один байт двоичной информации. Если
принять восьмиричную систему счисления то в две последовательные
ячейки(16 бит) могут быть записаны 7 разрядов восьмиричного числа .
Для записи [pic] в этом случае потребуется [pic] ячеек.
Стандартный кадр управляющей программы: круговая интерполяция без
указания скорости подачи имеет вид
G02 X+XmaxY+YmaxI+Xmaxi+ymax
+1+1+[pic]+1+[pic]+1+[pic]+1+[pic]=6+4[pic]
ячеек памяти. Таким образом если ввести перерасчет управляющей программы
через кадры круговой интерполяции то объем памяти необходимый для ее
VОЗУ=(300 1000)(6+4[pic])
VОЗУ=[pic]байт=54 Кбайт
Кроме управления приводами перемещений СЧПУ организует и формирует
сигналы управления электроавтоматикой станка.
Максимальное время формирования управляющих импульсов
[pic] - максимальная частота импульсов поступающих с ДОС в СЧПУ.
Минимальный период выдачи импульсов на выходе КЭА определяется временем
вычислительных операций выполняемых в соответствии с заданным алгоритмом
Время вычислительных операций
где W – быстродействие микроЭВМ
n – число команд по программе реализующей алгоритм
Тогда максимальное время управляющего сигнала на выходе КЭА
К=15 – коэффициент учитывающий несоответствие реальной длительности
выполнения операции алгоритма позиционирования длительности операции.
[pic]=17 мкс – время задержки в аппаратной части КЭА или время
Схемы электроавтоматики и подключения СЧПУ к станку
1 Электрическая принципиальная схема электроавтоматики станка
Схема электроавтоматики станка показана на рис. 4.2. и содержит:
– подключение к питанию комплектных приводов подач и главного
движения с указанием выходов контроля состояния: готовность привода
управление приводом термозащита. Соединение блоков управления с
двигателями тахогенераторами термодатчиками.
– подключение асинхронных электродвигателей охлаждения револьверной
головки и перемещения задней бабки.
- вводный автомат защиты предназначен для защиты всей
электроавтоматики станка от перегрузок .
- автоматы защиты комплектных приводов подач и главного движения QF2
QF3 QF4 от перегрузок.
- тепловые реле КК1 КК3; предназначены для защиты асинхронных
электродвигателей от недопустимого перегрева при длительных
перегрузках. Предназначены для обеспечения защиты трансформаторов и
цепей управления от перегрева и короткого замыкания.
- блоки для защиты от электрических помех асинхронных
для формирования напряжений питающих промежуточные схемы
управления TV 1 TV 2 и сигнализатор заземления.
для формирования напряжений питающих комплектные электроприводы
– средства индикации.
- контроль напряжения Н 1; предназначен для контроля напряжения в
- сигнализатор заземления Н 2 Н 3; предназначен для индикации наличия
2. Реализация схемы подключения СЧПУ
Схема подключения СЧПУ показана на рис. 4.2. Она отражает все ее
функциональные возможности характерные для данного класса систем и
технологического оборудования.
На схеме показаны выходы управления вспомогательной функцией М
функцией Т - автоматической смены инструмента выход “Готовность УЧПУ”.
Количество выходов определяется в процессе работирования: М-функций – 8 Т-
функций – 5 “Готовность УЧПУ” – 1. На выходах устанавливаются
промежуточные реле KV01 KV15 KV40. На схеме показаны входы подключения
всех конечных выключателей входы “Ответ М” “Ответ Т” “Ответ
S” и вход “Готовность станка”.
На схеме подключения СЧПУ показаны выходы КП управления приводами
подачи и главного движения (ав cd ef) входы датчиков положения рабочего
органа станка. Выходы КП выводятся через один разъем СЧПУ. Каждый датчик
положения связан с СЧПУ через свой разъем.
При работировании принципиальных электрических схем электроавтоматики
и подключения СЧПУ выполнены все требования ЕСКД.
3. Реализация комплекса вспомогательных М-функций и Т-функций
автоматической смены инструмента
Определим схему реализации комплекса заданных вспомогательных функций
начиная с выходного разъема СЧПУ на котором реализуется М-функция и
кончая конкретными исполнительными приводами.
Для однозначного определения реализации М-функций примем что
М19 – включение двигателя охлаждения (М3);
М20 – отключение двигателя охлаждения (М3);
М21 – включение двигателя М5 для подвода задней бабки;
М22 – включение двигателя М5 для отвода задней бабки;
М23 – выключение двигателя М5.
Для реализации комплекса функций начиная с М19 предполагая что на
выходах разъема М01 М02 М04 М08 М10 М20 М40 М80 установлены
соответствующие реле KV01 KV02 KV03 KV04 KV05 KV06 KV07 KV08.
Состояние контактов реле будем характеризовать некоторой функцией Хij
принимающей значение 1 – контакты замкнуты и 0 – контакты разомкнуты. Реле
имеет как нормально разомкнутые контакты Хij так и нормально замкнутые
Таким образом для реализации функций М19 М23 необходимо реализовать
зависимости рис. 4.3.:
Аналогично для Т-функции (Т1 Т12 – включение инструментов № 1 12)
На основании полученных зависимостей строится схема управления.
электроавтоматики станка является формирование сигнала “Готовность станка“.
Сигнал “Готовность станка“ содержит информацию о подаче питания на
На схеме электроавтоматики станка показано решение задачи формирования
сигнала “Ответ М”. Сигнал “Ответ М” содержит информацию о выполнении М-
функций реализованных в дешифраторе и осуществляет переход к следующему
этапу выполнения программы.
Выдача сигнала “Ответ М” происходит с задержкой реализуемой
посредством установки конденсаторов и резисторов. Задержка необходима для
того чтобы после команды управления реализованной по импульсному принципу
существующей на выходе в пределах 200[pic]250 мс появлялся сигнал “Ответ
Разработка цикла позиционирования
1 Алгоритм цикла позиционирования
графиком. На каждом этапе приближения к точке позиционирования [pic]
система формирует одно из возможных управлений u.
Для положительной области [pic]>0 [pic]=1 при отрицательной
(1- зона нечувствительности обеспечивающая отсечку различных флуктуаций;
U1- скачок управления;
U1= 2 дискреты = 2 В;
[pic] - определяется инертностью привода и максимальной скоростью
перемещения привода.
Для его определения следует решить систему уравнений
[pic] при [pic]>0 т.е. [pic]=1.
По результатам вычислений построим график цикла позиционирования
Рисунок. 5.1. - График цикла позиционирования
2. Блок-схема алгоритма
Цикл начинается с расчета текущего значения [pic]. После определения
знака [pic] формируется значение коэффициента [pic]. Далее проводится
анализ выполнения условия [pic] на основании которого формируется
После выполнения условия [pic] включается подпрограмма формирования
сигналов конца отработки кадра. На блок-схеме опущена подпрограмма задержки
[pic] перед формированием сигнала конца отработки кадра.
Рисунок 5.2 - Блок-схема алгоритма
В данном курсовом работе был реализован общий подход к задачам
работирования СЧПУ металлорежущих станков их разработки и эксплуатации.
Был произведен анализ кинематики станка и обоснован тип и число
управляемых и контролируемых параметров разработаны электрические
принципиальные схемы подключения УЧПУ к станку и электроавтоматики станка
а также алгоритм позиционирования.
ГОСТ 3.1418-82. Оформление техдокументации. - М. 1982. - 29с.
Конспект лекций по дисциплине «Управление техническими системами».
Рис. 4.1. Кинематическая схема токарного станка
Рис. 4. 2.Принципиальная схема электроавтоматики станка
Рис.4.3. Принципиальная электрическая схема дешифраторов вспомогательных
U= KN ( (U1+ K1 ( ( KN (( - (1 ))

кинематика.cdw

* - для коротких деталей
** - для длинных деталей
z=26 z=26 z=90 z=72 z=72 z=36 16 K
z=29 18 z=29 z=40 21 z=40 K
z=30 z=44 z=60 z=30 z=36
Кинематическая схема
многоцелевого станка
N=025кВт;n=1350обмин
N=015кВт;n=2800обмин
Z=21 z=35 z=48 z=34 z=49
z=52 z=45 z=33 z=46 z=31

кинематика.pdf

z=26 z=26 z=90 z=72 z=72 z=36 16
z=30 z=44 z=60 z=30 z=36
N=025кВт;n=1350обмин
N=015кВт;n=2800обмин
* - для коротких деталей
** - для длинных деталей
Кинематическая схема
многоцелевого станка

общий вид.cdw

Основные части автомата модели 1е125
ОС - основание СР - суппорт револьверный
СТ - станина СЗП - суппорт задний
МП - механизм подачи прутка поперечный
ПУ - поддерживающее устройство СЗВ -суппорт задний
ТМ - трубка для поддерживания пруткового материала вертикальный
ЭШ - электросиловой шкаф СПП - суппорт передний
БШ - бабка шпиндельная поперечный
ОСУ - ограждение суппортов СПВ - суппорт передний верт.
Техническая характеристика
Наибольший размер обр-го
Наибольший размер резьбы наре-
Наибольшее количество автома-
тически включаемых скоростей
шпинделя в одном цикле шт.:
Диапазон левых частот вращения
шпинделя обмин 160 4000
Диапазон правых частот враще-
ния шпинделя обмин 80 500
Количество отверстий для креп-
ления инструмента в револь-
Диаметр отверстия для крепле-
ния инструмента мм 32
ТМ ЭШ ОСУ СР СЗП СЗВ СПП

кинематическая схема станка многоцелевого токарного ТМЦ-200.cdw

Станок многоцелевой токарный ТМЦ-200
схема кинематическая