Модернизация схемы привода главного движения фрезерного станка к УЧПУ SINUMERIC 820C

Введение

Современные требования в производстве требуют постоянно развивающейся отрасли в станкостроении. Появляются новые ГОСТы и требования к точности. Все более сложные задачи неумолимо заставляют модернизировать уже имеющиеся станки, а также создание новых моделей. На сегодняшний день станки должны обеспечивать возможность высокопроизводительного изготовления без ручной последующей доводки деталей, удовлетворяющих современным непрерывно возрастающим требованиям к точности и повышенному качеству изготавливаемых деталей.

В частности, большое внимание к приводам главного движения и подач предъявляются требования: по увеличению жёсткости, повышению точности вращения валов, шпиндельных узлов.

Комплекс механизмов с источником движения, служащий для приведения в действие исполнительного органа станка с заданными характеристиками скорости и точности, называют приводом.

Металлорежущие станки оснащают индивидуальным приводом; на многих станках главное движение, движение подачи, вспомогательные движения осуществляются от отдельных источников — электродвигателей и гидравлических устройств. Изменение скорости может быть бесступенчатым и ступенчатым.

В качестве приводов металлорежущих станков используют электродвигатели постоянного и переменного тока, гидродвигатели и пневмодвигатели. Наибольшее распространение в качестве приводов станков получили электродвигатели. Там, где не требуется бесступенчатое регулирование частоты вращения вала, применяют асинхронные двигатели переменного тока (как наиболее дешевые и простые). Для бесступенчатого регулирования частоты вращения, особенно в механизмах подач, все большее применение находят электродвигатели постоянного тока с тиристорным регулированием.

К преимуществам применения электродвигателя в качестве привода относят: высокую скорость вращения, возможность автоматического и дистанционного управления, а также то, что их работа не зависит от температуры окружающей среды.

Фрезерные станки предназначены для обработки наружных и внутренних плоских и фасонных поверхностей, прорезки канавок, нарезки наружной и внутренней резьбы, зубчатых колес и т.п. Особенностью этих станков является рабочий инструмент — фреза, имеющая множество режущих лезвий. Главное движение — вращение фрезы, а подача — перемещение изделия вместе со столом, на котором оно закреплено. В процессе обработки каждое лезвие фрезы снимает стружку в течение доли оборота фрезы, а сечение стружки изменяется непрерывно от наименьшего до наибольшего. Выделяются две группы фрезерных станков: общего назначения (например, горизонтальные, вертикальные и продольно-фрезерные) и специализированные (например, копировальнофрезерные, зубофрезерные).

В зависимости от числа степеней свободы перемещений стола различают консольнофрезерные (три движения — продольное, поперечное и вертикальное), бесконсольнофрезерные (два движения — продольное и поперечное), продольно-фрезерные (одно движение — продольное) и карусельнофрезерные (одно движение — круговая рабочая подача) станки. Все эти станки имеют одинаковый главный привод, обеспечивающий вращательное движение шпинделя, и различные приводы подачи.

Копировально-фрезерные применяются для обработки пространственно сложных плоскостей методом копирования по шаблонам. В качестве примера можно назвать поверхности штампов, прессовых форм, рабочих колес гидротурбин и др. На универсальных станках обработка таких поверхностей слишком сложна или вообще невозможна. Разновидностью этих наиболее распространенных станков являются электрокопировальные, имеющие электрическое следящее управление.

В корпусе шпиндельной бабки находится двигатель шпинделя, коробка скоростей и шпиндель для фрезы. Шпиндельная бабка перемещается по направляющим траверсы вдоль своей оси, а траверса, в свою очередь, — по неподвижной стойке, имеющей вертикальные направляющие.

Таким образом, станок имеет три взаимно перпендикулярных движения: горизонтальное перемещение стола, вертикальное перемещение шпиндельной бабки вместе с траверсой, поперечное перемещение шпиндельной бабки вдоль своей оси. Объемная обработка производится горизонтальными или вертикальными строчками. Рабочий инструмент: пальцевые цилиндрические и конусные или торцевые фрезы.

В состав электрооборудования фрезерных станков входят привод главного движения, привод подачи, приводы вспомогательных движений, различные электрические аппараты управления, контроля и защиты, системы сигнализации и местное освещение станка.

Привод станка—это совокупность устройств, передающих движение от источника движения к рабочим органам станка. Современные станки имеют индивидуальные приводы, т. е. каждый станок приводится в движение от отдельного электродвигателя, причем все движения станка осуществляются либо от одного, либо от нескольких электродвигателей. Различают привод главного движения, привод подачи, привод быстрых перемещений и т. д.

Источником движения является электродвигатель, чаще всего асинхронный, короткозамкнутый, установленный в непосредственной близости от станка или на самом станке. Двигатели, которые устанавливают непосредственно на станке и крепят к нему своей крышкой (фланцем), называют фланцевыми. Чаще всего такие двигатели применяют на сверлильных станках. На станках шлифовальных, заточных находят широкое применение встроенные электродвигатели. Это двигатели, у которых ротор посажен на шпиндель станка.

По характеру регулирования скорости движения рабочих органов станка различают ступенчатые и бесступенчатые приводы. Ступенчатые приводы позволяют получить в заданных пределах определенный ряд частот вращения, двойных ходов или величин подач. Системы бесступенчатого регулирования позволяют устанавливать на станке наиболее выгодные параметры режима резания, к тому же это может осуществляться без останова станка (на ходу). В современных станках применяются бесступенчатые приводы электрические, гидравлические и механические (вариаторы).

Ступенчатые приводы

Приводы со ступенчатым регулированием выполняются в виде шестеренных коробок передач. Механизмы, обеспечивающие ступенчатое регулирование, просты по конструкции и надежны в эксплуатации, вследствие чего они получили более широкое применение в современных станках, чем механизмы бесступенчатого регулирования. Так как общего назначения станки применяются для обработки деталей из различных материалов и различных размеров (диаметров), то значение частот вращения шпинделей в современных станках колеблется в довольно больших пределах.

Предельные частоты вращения шпинделя станка находят по наибольшим и наименьшим допустимым скоростям резания и предельным диаметрам обработки.

Бесступенчатые приводы

В современных станках бесступенчатые приводы бывают электрические, гидравлические, пневматические и механические (вариаторы).

Электрические приводы бесступенчатого регулирования. В качестве источника движения часто применяют электродвигатели постоянного тока. Так как промышленные предприятия не снабжаются централизовано постоянным током, то для его получения требуются специальные источники.

В современных станках находят широкое применение двигатели с тиристорным управлением по схеме «тиристорный преобразователь— двигатель». Привод позволяет повысить частоты вращения шпинделя до 4000 об/мин и более с бесступенчатым регулированием. Широкий диапазон регулирования частоты вращения шпинделя позволяет обеспечить требуемые рабочие и быстрые (холостые) перемещения рабочих органов без применения промежуточных механических передач. Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор. Тиристоры изготовляют на ток до сотен ампер и напряжение до 1000 В и более. Они имеют высокий КПД, относительно малые размеры, высокое быстродействие. Могут работать в широком диапазоне температур (от —60 до +60° С).

К основным недостаткам тиристорных преобразователей следует отнести большую чувствительность к перегрузкам. Поэтому для полного использования мощности привода при работе на низких частотах вращения шпинделя необходима редукция. Требуемый диапазон регулирования в этом случае получают сочетанием регулируемого электродвигателя постоянного тока с упрощенной коробкой скоростей.

Гидравлические приводы. В современных металлорежущих станках приводы получили довольно широкое распространение. Они применяются главным образом для осуществления прямолинейных движений и в меньшей степени для вращательных движений. Гидроприводы применяются как в механизмах главного движения (в протяжных, строгальных, долбежных), так и в механизмах подач (шлифовальных, станков с программным управлением, копировальных, агрегатных и др.). Гидроприводы находят широкое применение в механизмах управления станками.

Основные преимущества гидроприводов: возможность бесступенчато, регулировать скорости, получать значительные усилия при сравнительно небольших габаритах привода; простота предохранения от перегрузок; большой срок службы, поскольку сама рабочая среда одновременно выполняет функции смазки; малый вес и объем, приходящиеся на единицу мощности по сравнению с электроприводом.

Недостатки гидроприводов: возможность утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, проникновение воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жидкости под влиянием давления и температуры. Один из существенных недостатков гидропривода — нежесткая его характеристика.

В настоящее время получили большое распространение частотные привода.

Управление электродвигателем предполагает автоматизацию всей его работы, включая пуск, торможение, реверс и изменение скорости вращения электродвигателя.

Автоматический пуск обеспечивает плавное включение пусковых сопротивлений, возможность регулирования тока в требуемых пределах, что позволяет уменьшить число ошибок, возникающих при пуске, и повышает производительность всей системы в целом. То же самое касается реверса и торможения.

Частотное регулирование позволяет устранить один из существенных недостатков электродвигателей с короткозамкнутым ротором — постоянную частоту вращения ротора электродвигателя, не зависящую от нагрузки. Частотное регулирование создает возможность управления скоростью электродвигателя в соответствии с характером нагрузки. Это в свою очередь позволяет избегать сложных переходных процессов в электрических сетях, обеспечивая работу оборудования в наиболее экономичном режиме.

Частотное регулирование электродвигателя эффективно используют на промышленных предприятиях, в области энергетики, коммунальном хозяйстве и других сферах. Это связано с тем, что частотное регулирование позволяет автоматизировать производственные процессы, экономично расходовать электроэнергию и другие задействованные в производстве ресурсы, повышать качество выпускаемой продукции, а также увеличивать надежность работы всей системы в целом.

Частотное регулирование также позволяет улучшить безотказность работы и долговечность технологической системы. Это обеспечивается за счет снижения пусковых токов, устранения перегрузок элементов системы.

Модернизация схемы привода главного движения фрезерного станка к УЧПУ SINUMERIC 820C будем рассматривать на примере схемы управления универсальным инструментальным фрезерным станком CNG 40 CNC E с использованием частотного преобразователя ALTIVAR.

Актуальность работы : в связи, с постоянным повышением требований к качеству изготовления и обработке деталей инструментальный универсальный фрезерный станок CNG 40 CNC E находит широкое применение на предприятиях машиностроительной отрасли. Данный станок оснащен современными комплектующими УЧПУ SINUMERIC 820C и частотным преобразователем ALTIVAR. Поэтому, является актуальным рассмотрение подключения привода главного движения к УЧПУ для управления процессом резания.

Целью выполнения выпускной квалификационной работы является модернизация схемы привода главного движения фрезерного станка к УЧПУ SINUMERIC 820C для управления универсальным инструментальным фрезерным станком CNG 40 CNC E.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

Произвести анализ технической литературы по систематизации различных схем;

координатным системам станка, детали, инструмента;

Произвести анализ технической литературы проработке и принципа действия частотных преобразователей;

разработать техническое описание компонентов силовой схемы универсального инструментального фрезерного станка CNG 40 CNC E

произвести анализ функционирования силовой схемы универсального инструментального фрезерного станка CNG 40 CNC E

произвести анализ возможных неисправностей силовой схемы и способы их устранения.

Объектом исследования является универсальный инструментальный фрезерный станок CNG 40 CNC E.

Предметом исследования является силовая схема универсального инструментального фрезерного станка CNG 40 CNC E.

Заключение

В выпускной квалификационной работе на тему «Модернизация схемы привода главного движения фрезерного станка к УЧПУ SINUMERIC 820C» произведен анализ подключения системы SINUMERIC 820C к универсальному инструментальному фрезерному станку CNG 40 CNC E. Произведено структурирование данного материала. Детально рассмотрена структура и принцип действия частотных преобразователей. Изучено руководство по эксплуатации и выполнению монтажных работ СЧПУ SINUMERIC 820C, произведена функциональная декомпозиция принципиальных схем универсального инструментального фрезерного станка CNG 40 CNC E, приведены схемы подключения приводов подачи и привода главного движения УЧПУ SINUMERIC 820C.

В процессе работы был изучен материал технической литературы по вопросам координатных систем станков с числовым программным управлением, видам и типам схем.

В процессе выполнения дипломного проекта для освещения перечисленных выше задач мною были применены следующие общие и профессиональные компетенции

Профессиональные компетенции

ПК 1.1. Проводить анализ работоспособности измерительных приборов и средств автоматизации.

ПК 3.2. Контролировать и анализировать функционирование параметров систем в процессе эксплуатации.

ПК 4.1. Проводить анализ систем автоматического управления с учетом специфики технологических процессов.

ПК 4.3. Составлять схемы специализированных узлов, блоков, устройств и систем автоматического управления.

ПК 5.2. Проводить анализ характеристик надежности систем автоматизации.

Общие компетенции (ОК):

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), результат выполнения заданий.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.

ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности.

Таким образом, цели и задачи, поставленные и выпускной квалификационной работе считаю выполненными.