Разработка и исследование автоматизированного устройства для лазерного термоупрочнения гильз цилиндров на базе двигателей с полым ротором

- поглощение светового потока и передача его энергии тепловым колебаниям решетки твердого тела;

- нагревание вещества без его разрушения;

- развитие испарения вещества в зоне воздействия луча лазера и разлёт продуктов разрушения;

- остывания вещества после окончания действия лазерного излучения.

Лазерное поверхностное термоупрочнение металлических деталей ? перспективный технологический процесс, повышающий ресурс работы деталей машин и инструмента, относится к методам поверхностной закалки. Применяется только в отношении металлических материалов, поддающихся закалке. Это стали и чугуны с содержанием углерода более 0,2 процентов.[11]

Упрочнение осуществляется путем обработки детали лазерным лучом, который движется по кромке детали, на глубине, в среднем, от 0,3 до 1 миллиметра и воздействуя на поверхность металла, вызывает скоростной нагрев поверхностного слоя, а изделие остается практически холодным. Скорость охлаждения при температуре нагрева ниже температуры плавления составляет (5-10)·103 ⁰С/с, при кристаллизации из жидкого слоя -106 ⁰С/с. После прекращения действия излучения, тепло с высокой скоростью отводится в глубь металла, происходит закалка поверхностного слоя.

Поглощенная световая энергия передается от зоны воздействия «холодным» слоям с помощью различных механизмов теплопроводности. В результате на поверхности стали или чугуна образуются специфические структуры с повышенной твердостью и износостойкостью, которые невозможно получить традиционными способами термообработки. Эта структура обладает повышенной дисперсностью блоков и плотностью дислокаций, имеет микротвердость, в 1?1ё5 раз превышающую микротвердость структуры основы.

Лазерная термообработка может проводиться с оплавлением и без оплавления поверхностного слоя. Чаще всего используют обработку без оплавления с сохранением исходной шероховатости Rа=0,16- 1,25мкм. Глубина упрочненной зоны на образцах металла после обработки без оплавления поверхности обычно не превышает 0,2 мм, и до 2,0-2,5 мм с минимальным оплавлением. Этого достаточно, чтобы повысить стойкость изделий более чем в 2,5 раза. Лазерное термическое упрочнение с оплавлением поверхности отличается от упрочнения без фазового перехода большими размерами зоны лазерного воздействия, более выраженной неоднородностью структуры поверхностного слоя. Структура в последнем случае состоит как минимум из трех слоев.[17]

Этот тип обработки на данный момент мало изучен, но он позволяет добиваться уровня благоприятных сжимающих остаточных напряжений около 1 ГПа в поверхностном слое глубиной порядка 100…200 мкм.

Между оплавленным слоем и следующей за ним зоной термического влияния существует четкая граница. Зона термического влияния состоит из белого и переходного слоев. Белый слой представляет собой светлую не травящуюся полосу, так как имеет высокую концентрацию азота за счет высокотемпературного насыщения азотом воздуха. Из-за высокой скорости охлаждения эта зона имеет закаленную структуру, ее строение зависит от концентрации углеводорода. В закаленном слое технически чистого железа происходит измельчение зерна феррита, а в отдельных зернах образуется пакетный мартенсит с развитой блочной структурой, имеющей невысокую твердость. Второй слой зоны термического влияния является переходным к исходной структуре.

Недостатком лазерного упрочнения в режиме оплавления является нарушение исходной шероховатости, что требует проведения финишной механической обработки. Этот вид упрочнения используют на операциях, предшествующих финишной обработке.

Производительность лазерного упрочнения определяется по формуле:

G_{лаз.терм.} = К_п*V* d_о, (3.1)

где К_п - коэффициент перекрытия; V- скорость движения луча (детали);

d₀- диаметр пучка (ширина дорожки упрочнения), d₀= 1-1,5 мм. и более. [11]

Возможна обработка перекрывающимися и неперекрывающимися дорожками. При наложении дорожки упрочнения происходит частичный нагрев предыдущей упрочненной зоны, что может привести к отпуску и снижению твердости. При обработке неперекрывающимися дорожками зазор между ними составляет 10-30% от площади обрабатываемой поверхности, происходит уменьшение износа в 2-3 раза.

Лазерная термическая обработка позволяет повысить твердость и износостойкость упрочняемых материалов. Твердость зависит от концентрации углерода и легирующих элементов в стали. Методом лазерной термической обработки хорошо упрочняют средне- и высоко- легированные углеродистые и инструментальные стали. Стали с низким содержанием углерода и высокопрочные низколегированные при лазерной термической обработке упрочняются плохо. Лазерная термическая обработка практически не влияет на предел прочности и предел текучести сталей.

Преимущества лазерного термоупрочнения:

? локальность поверхностного процесса, что исключает изменение как макро- так и микрогеометрии обрабатываемых деталей;

? упрочнение лучом лазера осуществляется без оплавления поверхности - это исключает изменение шероховатости и необходимость в последующей механообработке (шлифовка, полировка и т.д.);

? возможность упрочнения поверхностей любой сложности и геометрии;

? обработку отдельных участков можно проводить и после сборки конструкции или узла;

? высокая степень автоматизации;

? экологическая чистота;

? высокая производительность.

Наряду с видимыми преимуществами этот метод имеет ряд недостатков:

? низкий КПД преобразования электрической энергии в лазерное излучение;

? высокие требования к качеству обрабатываемой поверхности;

? высокая стоимость лазерных установок и их низкая надежность.[9]

Сфера применения лазерного термоупрочнения весьма широка. Основные отрасли производства, где используется лазерная технология: автомобильная, машиностроение и станкостроение, электронная, судостроительная, авиакосмическая, в инструментальном производстве, в моторостроении. Остро нуждается в лазерном оборудовании здравоохранение. Без специальной лазерной техники невозможна современная армия.

Лазерное упрочнение применяется для обработки коленчатых валов двигателей, гильз цилиндров, зубчатых колес, поршневых пальцев, деталей химического, нефтяного и бурового оборудования, быстроизнашивающихся деталей из сплавов на основе алюминия.[13] Без широкого использования таких технологий невозможно функционирование промышленности.

В данном проекте представлен роботизированный комплекс для обработки материалов лазерным лучом.

3.3 Параметры системы для реализации технологического процесса

Уже сегодня степень насыщения лазерным оборудованием для всех передовых промышленных стран стала важным критерием индустриального развития. Все более популярным решением становится использование лазеров для термоупрочнения металлов, где источником теплоты служит лазерный луч, что обеспечивает высокое качество обработки поверхностей материалов. Для лазерной технологии применяют лазерные установки всех видов.

Рассмотрим устройство и принцип работы роботизированного лазерного комплекса на базе волоконного лазера ЛС-3-К.

РЛТК состоит из следующих узлов и элементов (рис.3.2):

1. Сварочный стол

2. Иннтербиевый волоконный лазер ЛС-3-К.

3. Устройство водяного охлаждения лазера - чиллер.

4. Манипулятор М-710iС/50 от компании Fаnuс.

5. Криогенные сосуды - криоцилиндры

6. Двухосевой наклонно-поворотный позиционер.

7. Контроллер R-30i А.

8. Пульт управления роботом.

9. Устройство подачи сжатого воздуха - компрессор.

10. Вертикальные воздухосборники (воздушные ресиверы).

11. Усилитель давления.

Рис.3.2. Роботизированный лазерный сварочный комплекс на базе волоконного лазера ЛС-3

3.3.1 Устройство и работа оборудования комплекса. Назначение

1. Иннтербиевый волоконный лазер ЛС-3-К:

Иннтербиевый волоконный лазер (рис. 3.3) - инструмент обработки материала. Основная модель - ЛС-3-К , оснащена волоконным лазером с длинной волны 1,07 мкм и мощностью 1-3 кВт. Максимальная длина волны составляет 1,08 мкм.

Рис. 3.3. Лазер ЛС-3-К IРG Рнотоniсs: 1 - кнопка старт; 2 - кнопка аварийного выключения; 3 - кнопка блокировки; 4 - кнопка выключения (тест/работа); 5 -кнопка излучения

Это обеспечивает лучшее взаимодействие с большинством металлов и сплавов, повышая скорость обработки и снижая требования к уровню мощности лазера.

Волоконные лазеры отличает высокое качество выходных пучков, поэтому достигается большая плотность мощности в пятне, необходимая для скоростного высокоэффективного термоупрочнения. Излучение волоконных лазеров передается к месту обработки по гибкому волоконному кабелю нужной длины, имеющему прочную защитную оболочку. КПД лазеров составляет 20-30%, волоконные лазеры не имеют расходных элементов и материалов (ламп, газов и др.), не требуют настройки узлов, что обеспечивает низкие эксплуатационные расходы. Основные характеристики лазера рассмотрены в таблице 3.1

Таблица 3.1 Характеристика лазера ЛС-3-К

Основные технические данные:
Номинальная выходная мощность	1 - 3 кВт
Длина волны излучения	Минимальная - 1065 нм
	Типовая - 1070 нм
	Максимальная - 1080 нм
Время включения/ выключения (при номинальной выходной мощности)	Типовое - 30 мкс
	Максимальное - 100 мкс
Характеристики оптического выхода:
Длина выходного волоконного кабеля	20 м
Диаметр выходного волоконного кабеля	12 мм
Радиус изгиба выходного волоконного кабеля:
- при работе	200 мм
- в нерабочем состоянии	100 мм
Выходной коннектор	QВН
Качество выходного пучка (на выходе коннектора)	До 2,5 мм*мрад
Общие характеристики лазера:
Напряжение питания	380 20 В/ 3ф-50Гц
Параллельный интерфейс «Внешнее управление»	Управление от ЧПУ
Диапазон рабочей температуры (при отсутствии воды в тракте охлаждения)	+15 - +40 0С
Влажность	До 90 %

2. Устройство водяного охлаждения лазера - чиллер:

Чиллер (рис. 3.4)(табл.3.2) - устройство водяного охлаждения лазера - обеспечивает проток воды в элементах лазера для съема выделяемого тепла и поддерживает температуру лазера в нужном диапазоне, а так же охлаждает жидкость, которая циркулирует через двигатели координатного стола. Для этого чиллер оснащён водяным радиатором (по нему циркулирует охлаждающая жидкость), системой принудительного обдува радиатора, температурными датчиками и управляющим блоком. Чиллер точно задает температуру охлаждающей жидкости, при этом будет само регулировать температуру, выдерживая заданный уровень независимо от нагрузки на лазерный станок.

Таблица 3.2 Характеристика Чиллера

Тип хладагента	R407С
Номинальная холодопроизводительность	19,4 кВт
Электропитание	400 В / 3ф-50 (60) Гц

Рис. 3.4. Чиллер IРG Рнотоniсs: 1 - кнопка включения / отключения; 2 - индикатор рабочего состояния; 3 - шина Саn Ваs

3. Промышленный робот Fаnuс Rовотiсs М-710iС/50:

Промышленный робот М-710iС/50 это универсальное устройство с высоким классом защиты, с воздушным охлаждением электродвигателей. Может монтироваться как на полу, так и на стене, портале и под углом. Инновационная серия легковесных роботов М-710 предназначена для работы с грузами среднего веса от 20 до 50 кг. Компактное запястье, жесткая конструкция руки, узкая база и зона досягаемости до 3,1 м делают их незаменимыми для широкого ряда задач, высокие угловые скорости осей делают роботы чрезвычайно быстрыми. Они также отличаются высокой грузоподъемностью и прекрасными инерционными показателями, благодаря чему все модели могут применяться для выполнения широкого спектра операций. (рис.3.5)

При включении система запускается, выполняется внутренняя обработка, т.е «запуск из холодного состояния» или «запуск из горячего состояния», затем запускается система. Шарнирная форма движения перемещает инструмент произвольно между двумя заданными точками. Шарнир позволяет вращаться вокруг одной оси. Оси и руки робота приводятся в движение серводвигателями. Оси J1, J2 и J3 - это основные оси.

Рис.3.5. Fаnuс 710i/50 С

Оси запястья используются для перемещения рабочего органа (инструмента), установленного на фланце запястья. Запястье может вращаться относительно одной оси запястья, а рабочий орган - вращаться относительно другой оси запястья.

Режим движения шарнира - основной режим перемещения робота в заданное положение. Робот приходит в ускоренное движение вдоль или вокруг всех осей, перемещается с заданной скоростью подачи, замедляется и останавливается одновременно по всем осям. Траектория перемещения обычно не линейна. Ориентация перемещаемого инструмента не контролируется. Диапазон движений можно изменять. Сервоусилитель управляет перемещением всех осей робота, включая все дополнительные оси.

Робот перемещается согласно толчковой подаче, заданной на пульте обучения, или команде перемещения, заданной в программе. При толчковой подаче шарнира робот перемещается независимо относительно каждой оси в каждой системе координат шарнира. Для поворота вокруг каждой оси используется индивидуальный привод. Пневматические и электрические соединения выведены на локоть манипулятора, так исключается возможность столкновения кабелей и шлангов с рукой манипулятора или окружением робота.

Робот имеет устройства аварийной остановки:

* две кнопки «емеrgеnсy sтор» (аварийной остановки) (установленные на панели оператора и подвесном пульте обучения).

* внешняя кнопка аварийной остановки (входной сигнал). Если отпустить переключатель

аварийной блокировки, когда выключатель подвесного пульта обучения включен, робот немедленно остановится. Дополнительно, в целях повышения безопасности диапазон движений робота ограничивается с помощью механических ограничителей и ограничивающих выключателей. Основные характеристики робота рассмотрены в таблице 3.3

Талица 3.3 Характеристики робота Fаnuс 710i/50 С

Наименование параметров	Значения
	Заданные	Фактические
Тип	Шарнирно - сочлененный
Количество осей	6 осей (J1, J2, J3, J4, J5, J6)
Установка	На полу, на потолке, на стене и под углом
· Класс защиты	Корпус IР54 стандартно запястье и рука J3 - IР54
· Контроллер	R-30iА
· Тип привода	Электрический сервопривод, с сер-водвигателем переменного тока
· Максимальная скорость движения осей	ось J1 ? 175°/с; ось J2 ? 175°/с; ось J3 ? 175°/с; ось J4 ? 250°/с; ось J5 ? 250°/с; ось J6 ? 355°/с.
Диапазон перемещений	ось J1 ? 360°(от -180° до +180°); ось J2 ? 225°(от -112,5° до +112,5°); ось J3 ? 440°(от -220° до +220°); ось J4 ? 720°(от -360° до +360°); ось J5 ? 250°(от -125° до +125°); ось J6 ? 720°(от -360° до +360°).
Момент, Нм/кгм. кв
Ось 4	206/28	206/28
Ось 5	206/28	206/28
Ось 6	127/11	127/11
Максимальная нагрузка на запястье, кг.	50	50
Максимальная нагрузка на корпус оси J3 , кг.	15	15
Точность позиционирования, мм	±0.07	±0.07
Вес механического блока, кг	560	560
Уровень акустического шума при макс. нагрузке и скорости, дБ	71,3	71,3
Радиус досягаемости, мм	2050	2050
Условия эксплуатации:
температура воздуха, С	? 45	? 45
влажность воздуха, %	? 75	? 75
- вибрация, Гц	? 0,5	? 0,5
Максимальная нагрузка на запястье, кг.	50	50

Пространственная ориентация робота определяются координатами х, y и z от исходного положения декартовой системы координат рабочего пространства до исходного положения (точки вершины инструмента) декартовой системы координат инструмента, и угловыми перемещениями w, р и r декартовой системы координат инструмента относительно вращения осей Х, Y и Z декартовой системы координат рабочего пространства (рис.3.6).

Рис. 3.6. Основные оси и оси запястья робота

J1-направление вращения оси 1- Поясное вращение вокруг вертикальной оси; J2-направление вращения оси 2 - Плечевой сгиб ( вращение вокруг горизонтальной оси ); J3-направление вращения оси 3 - Локтевой сгиб (второе вращение вокруг горизонтальной оси ); J4-направление вращения оси 4 - Поворот руки (вращение); J5-направление вращения оси 5 - Опускание запястья (вращение вверх или вниз); J6-направление вращения оси 6

- Промышленный робот серии М-710iС - это специализированный робот для термоупрочнения поверхности металла. Используется в качестве генератора мощного когерентного инфракрасного излучения, отсюда снижается влияние теплового воздействия на поверхность детали.

- Точность и скорость перемещения робота позволяет использовать его также для дуговой сварки, плазменной, лазерной и гидроабразивной резки.

- Широкий диапазон применения позволяет использовать робот в составе технологического оборудования на предприятиях различных отраслей промышленности.

4. Криоцилиндры:

Криоцилиндры (газификаторы малого объема со встроенным испарителем) (рис.3.7) - это криогенные сосуды объемом менее 500 л, выполненные из нержавеющей стали, оснащенные экранно-вакуумной изоляцией и встроенным продукционным испарителем.

Рис. 3.7. Криоцилиндры

ГХК 0,195/2,0-10 (табл.3.4) - Представляет собой вертикальный криогенный цилиндр (криоцилиндр) для хранения сжиженных газов. Газификатор имеет встроенный продукционный испаритель, производительностью 10 н. м. куб./ час.

Таблица 3.4 Технические характеристики

Модель	ГХК 0,195/2,0-10
Объем полный, л	195
Объем продукта, л	180
Диаметр, мм	505
Высота	1700
Масса, не более кг	135
Рабочее давление, атм	20
Производительность по газу, нм3/час
О2,N2,Аr	10
Количество заливаемого продукта, кг
Кислород	204
Азот	145
Аргон	250
Потери хранения в сутки, %	<2%

Преимущества криоцилиндров перед баллонами:

· применение криоцилиндров дает возможность гарантированно получать чистый газ того же качества, как и у сжиженного газа, заправленного в газификатор, в то время как в стальном баллоне всегда присутствуют влага, окислы металлов и прочие загрязняющие примеси, которые ухудшают качество сжатого газа;

· устройство криоцилиндра во время его эксплуатации делает невозможным попадание загрязняющих примесей и влаги из внешней среды и присоединяемых трубопроводов;

· внутренний сосуд и трубопроводы криоцилиндра изготовлены из коррозионностойких материалов (нержавеющая сталь, латунь);

· криоцилиндры безопаснее и удобнее в эксплуатации, по сравнению с баллонами высокого давления и баллонными сборками или моноблоками;

· рабочее давление в криоцилиндре в 10 раз меньше чем в стальном баллоне;

· использование криоцилиндров позволяет значительно сократить расходы на приобретение и доставку газов;

· стоимость сжиженных газов значительно меньше стоимости сжатых газов;

· применение криоцилиндров позволяет увеличить объем хранимого газа при этом сократить площадь, занимаемую баллонами и уменьшить время на отключение-подключение к газовой сети.

· криоцилиндр занимает примерно в 15 раз меньше места, чем заменяемое им количество баллонов.

· срок службы криоцилиндра 15 лет.

5. Двухосевой наклонно - поворотный позиционер:

Для точного позиционирования деталей и изделий, роботы FАNUС отлично сочетаются с легко встраиваемыми двухосевыми устройствами позиционирования, управляются электрическим сервоприводом с двигателем переменного тока. Они легко интегрируются, не ограничивая доступ к детали и поддерживая высокотехнологичные функции программного обеспечения, т.е. координированное перемещение, позволяющее выдерживать постоянные скорости перемещения по поверхности. (рис. 3.8)(табл. 3.5)

Рис. 3.8. Двухосевой наклонно- поворотный позиционер

Его приводы являются дополнительными осями робота, синхронизируясь с ними для выполнения сложных задач.

Планшайба позиционера предполагает установку оснастки, имея соответствующие отверстия. Для возможности реализации подвода управляющих сигналов, а также воздуха к периферийным блокам оснастки в конструкции предусмотрены интегрированные коммуникации, что позволяет облегчить задачу интегратору в проектировании эргономичной оснастки.

Таблица 3.5 Характеристики позиционера

Максимальная нагрузка, кг	500
Количество осей, шт.	2
Повторяемость, мм	±0,07
Установка	напольная
Вес поворотного позиционера, кг	290
Диапазон перемещений	ось J1 ? 270° (от -135° до +135°); ось J2 - от -?° до +?° (возможность бесконечного вращения)
Максимальная скорость	ось J1 ? 120°/с; ось J2 ? 190°/с
Допустимый момент нагрузки на ось	ось J1 ? 1764 Н ось J2 ? 686 Нм
Допустимая инерция нагрузки на ось	ось J1 ? 300 кгм2; ось J2 ? 100 кгм2
Условия эксплуатации:
температура воздуха	от 0 до + 45°С
влажность воздуха	не более 75%
вибрация	не более 0,5 G
Тип привода	электрический сервопривод с двигателем переменного тока

6. Контроллер R-30iА:

Важной составляющей является система управления, выполняющая такие задачи, как задачи управления и задачи функционирования комплекса.

Для управления роботами серии М-710iС применяется контроллер FАNUС R-30iА, позволяющий использовать подключение дополнительных осей (не более двух). Контроллер робота включает блок питания, блок интерфейса пользователя, блок управления перемещением, блок памяти и блок ввода-вывода.(рис. 3.9)

Блок ввод-вывод используется для подключения измерительных приборов и исполнительных механизмов к системе управления технологическим процессом. К узлам блока ввода-вывода подключаются датчики, измеряющие необходимые параметры технологического процесса, исполнительные механизмы, с помощью них система управления может влиять на ход процесса.

Рис. 3.9. Контроллер R-30i А

Контроллер робота имеет следующие четыре способа запуска (режима запуска):

- Первоначальный запуск. Все программы удаляются и выполняется сброс всех параметров настройки на их стандартные значения.

- Контролируемый запуск. Выполняется автоматически после контролируемого запуска. Меню контролируемого запуска нельзя использовать для управления роботом. Однако его можно использовать для изменения системной переменной и запуск из холодного состояния.

- Запуск из холодного состояния. Используется для выполнения нормального включение питания при выключенном восстановлении после сбоя питания. Выполняется аварийное прекращение программы, и все выходные сигналы выключаются. По окончании запуска из холодного состояния робота можно использовать. Запуск из холодного состояния можно выполнить при включенном восстановлении после сбоя питания, если при включении питания сделана необходимая настройка.

- Запуск из горячего состояния. Используется для выполнения нормального включения питания при включенном восстановлении после сбоя питания. При включении контроллера выходные сигналы восстанавливаются в состояние, существовавшее перед последним выключением питания. По окончании запуска из горячего состояния робота можно использовать.

Какой режим используется, зависит от того, включен ли запуск из горячего состояния или выключен. Первоначальный и контролируемый запуск используются во время технического обслуживания. Эти режимы не будут использоваться в нормальном режиме эксплуатации.

Питание системы управления осуществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 - 400 В ± 10 %.

Рис.3.10. Блок-схема R-30iА

В случае отключения питания программа робота начинает функционировать вновь намного быстрее. Это позволяет осуществить безопасный запуск и продолжить производство после отключения питания.

Система управления может использоваться как в автономном режиме, так и быть подключенной к локальной вычислительной сети с транспортным протоколом Етнеrnет и скоростью передачи данных 10 или 100 Мбит/сек. Система управления имеет встроенный язык программирования, разработанный по стандарту ISО 6983-1. Потребляет минимум электроэнергии и выпускается в четырех различных корпусах, что позволяет эффективно использовать производственные площади.

Основные технические характеристики системы управления:

¦ Количество осей - 8 (6 основных и 2 контролируемые дополнительные оси).

¦ Возможность управлять 40 осями одновременно (разделенными на 5 групп, одна группа может объединять 9 осей), например 4 робота + 4 группы дополнительных осей (позиционирующие устройства для дуговой сварки, линейные оси, захваты с сервомоторами...)

¦ 14" ЖКИ монитор с разрешением 1024х768 точек

¦ Промышленная клавиатура с сенсорным полем для управления экранным указателем.

¦ Оптически изолированный интерфейс RS-232/485 для связи с дополнительным дополнительным оборудованием.

¦ Порт Етнеrnет 10/100 Мбит с коннектором RJ-45. Возможность подключения сменных носителей информации (USВ 3.0 - 1 шт.)

¦ Передача данных, подключение датчиков.

¦ Имеет стандартный набор предохранителей (для контроллера).

¦ Питание напряжением переменного тока 380 - 400 В

¦ Питание электромоторов ? напряжение 68 В постоянного и (или) переменного тока, но в режиме торможения напряжение может достигать 90 В.

¦ Допустимые колебания напряжения - +10% и -15%

¦ Система управления сохраняет работоспособность при следующих условиях эксплуатации: температура окружающего воздуха от 0°С до 45°С; относительная влажность воздуха от 30% до 95%, без конденсата, агрессивные примеси должны отсутствовать.

7. Пульт управления FАNUС iРеndаnт Тоuсн:

Легкий и эргономичный сенсорный экран FАNUС iРеndаnт Тоuсн имеет интуитивный графический пользовательский интерфейс, в котором без каких-либо сложностей смогут программировать как специалисты, так и операторы на производстве.

FАNUС iРеndаnт Тоuсн отличается интуитивно понятным интерфейсом, высокой скоростью работы и низким энергопотреблением. Наряду с эргономичным дизайном и большим цветным сенсорным экраном, он имеет функциональные кнопки для управления седьмой и восьмой осью. На дисплее могут отображаться одно или два окна, что очень удобно в многозадачном режиме. На дисплее также отображается трехмерная графика, более наглядно визуализирующая шаги программы для оператора по сравнению с двухмерной графикой.

Пульт обучения контроллера используется для создания или корректировки программы.

Выносной пульт управления имеет в своем составе (рис.3.11):

1. Графический цветной экран с функцией касания.

2. Пульт обучения подключен кабелем к печатной плате в контроллере.

3. Порт USВ, а также 6D джойстик.

4. Дополнительный разъем для подключения мышки/клавиатуры.

5. Промышленную алфавитно - цифровую клавиатуру с 61 клавишей (Четыре клавиши предназначены для монопольного использования каждым приложением).

6. Имеет функциональные кнопки для управления седьмой и восьмой осью.

7. Кнопку аварийной блокировки, используется как включающее устройство. Если пульт обучения включен, этот выключатель разрешает перемещение робота только если оператор нажимает переключатель аварийной блокировки. Если отпустить этот переключатель, робот немедленно остановится.

8. Кнопку аварийной остановки. Используется для остановки выполняющейся программы выключения питания управления сервосистемы робота и включения тормозов робота.

9. Функциональные клавиши: Выполняют конкретное действие в зависимости от отображаемого экрана.

Рис. 3.11. FАNUСiРеndаnтТоuсн 1 - клавиши управления; 2 - ключ переключения режимов работы; 3 - кнопка аварийного остановки.

Функциональные клавиши рассмотрены в таблице 3.6

Таблица 3.6 Описания клавиш управлений.

Клавиши	Описания
F1, F2, F3, F4, F5	Клавиши управления функциональной строкой
МЕNU	Вызов общего меню системы
SЕLЕСТ	Вызов списка программ
ЕDIТ	Открыть текст текущей программы
DАТА	Открыть меню параметров
FСТN	Открыть меню функций
DISР	Клавиша управления экраном
RЕSЕТ	Клавиша сброса ошибок
DIАG	Открыть окно со списком активных ошибок
НЕLР	Открыть информационное меню
+J1, -J1, +J2, -J2, +J3, -J3, +J4, -J4, +J5, -J5, +J6, -J6, +J7, -J7, +J8, -J8.	Ручное управление осями
SТЕР	Включить/отключить пошаговый режим.
НОLТ	Остановка робота в “мягком” режиме
FWD/ВWD	Ручной запуск программы вперед и назад
СООRD	Переключение режимов ручного перемещения робота
GRОUР	Переключение между управляемыми группами
+%, -%	Изменение ограничения скорости
USЕR КЕY	Программируемые клавиши

Дополнительные клавиши для управления находятся на задней крышки пульта.(рис. 3.12)

Рис. 3.12. FАNUС iРеndаnт Тоuсн: 1 - переключатель безопасности (Dеаdмаn swiтсн); 2 - место подключения USВ устройств; 3 - место подключения кабеля.

8. Компрессор:

На боковой стороне основания оси J1 и на передней стороне корпуса оси J3 у робота имеется два отверстия для подачи сжатого воздуха, шланг для подачи воздуха, подключается между механическим блоком и узлом пневматического управления. Компрессор (рис. 3.13) (таб.3.7).- устройство подачи сжатого воздуха нужной чистоты и влажности на координатный стол.

Качество производимого компрессором воздуха - размер пылевых частиц менее 0,01 мкм, содержание масла менее 0,01 мг/м³). Он необходим для работы некоторых органов стола.

Компрессор смонтирован на собственной силовой раме, имеет соединительне трубопроводы и патрубки, также одиночный компрессорный элемент с ременным приводом, полностью закрытый электродвигатель, воздушную систему охлаждения, систему маслосепарации, системы регулирования и контроля. Компрессор находится в звукоизолирующем корпусе, где смонтирован шкаф электроавтоматики. Режимы работы: нагрузка, разгрузка (холостой ход), временное отключение.

Основные особенности компрессора Атlаs Сорсо:

- Полностью готовый к эксплуатации компрессор;

- Шумозащитное исполнение и экологическая безопасность;

- Высокий межсервисный интервал (4000 рабочих часов);

- Простота монтажа и эксплуатации;

- Экономичная и высоконадежная система управления и мониторинга.

Таблица 3.7 Технические характеристики компрессора Атlаs Сорсо

Модель	Атlаs Сорсо GА15РА
Ресивер со встроенным осушителем	270 л
Производительность	1,32 м3/мин
Мощность	15 кВт
Давление	13 атм.
Уровень шума	62 дБ (А)
Электропитание	380-415 В / 3ф - 50 Гц
Габаритные размеры (ДЧШЧВ), см	150Ч71Ч173
Вес	405 кг

Рис. 3.13. Компрессор Атlаs Сорсо: 1 - кнопка включения / выключения; 2 - панель управления

9. Ресивер:

Вертикальные воздухосборники (воздушные ресиверы) получили широкое распространение благодаря минимальной занимаемой площади. Воздухосборник вертикальный можно легко встроить в существующую пневматическую сеть подачи сжатого воздуха в удобном месте после компрессора. Воздушный ресивер подсоединяется к компрессору и пневмомагистрали посредством металлических или пластиковых труб или с помощью гибкой подводки. Ресивер со следующими характеристиками:

- Рабочее давление - 1,0 МПа.

- Рабочая температура среды - +80 °С.

- Рабочая температура стенки - +100 °С.

- Рабочая среда - воздух.

- Вместимость 0,23 м³.

Ресивер РВ 230/10, иначе воздухосборник, находит свое применение в работе компрессора, где его функцией является выравнивание давления и накопление сжатого воздуха, поступающего на пневмоинструмент. Своей работой ресивер обеспечивает равномерный ход и сокращение запуска двигателя, поскольку уменьшается количество переходов из холостого в рабочий ритм. Ресивер укомплектован специальным краном, предназначением которого является удаление из него конденсата, образующегося при охлаждении сжатого воздуха в агрегате. РВ 230/10 имеет вертикальный формат, следовательно, для его установки требуется гораздо меньше места, чем для горизонтального.(рис. 3.14) Благодаря характеристикам качества ресивер РВ 230/10 прост и надежен в использовании. Каждый ресивер снабжен паспортом, производство и реализация продукции подтверждены сертификатом соответствия ГОСТ Р и разрешением на использование Ростехнадзором.



Рис.3.14. Ресивер РВ 230/10: 1 - фильтр; 2 - предохранительный клапан; 3 - манометр; 4 - редуктор входного давления.

10. Усилитель давления:

Усилитель давления (рис. 3.15, таб. 3.8, рис. 3.16) - предназначен для повышения давления в пневматической магистрали:

* Повышает давление в 2 ~ 4 раза;

* Встроенный регулятор давления обеспечивает постоянное давление на выходе;

* Компактная конструкция;

* Не требует электропитания;

* Управление ручное.

Рис.3.15. Усилитель давления VВА43А-F04

Основные характеристики устройства приведены в таблице 3.8

Таблица 3.8 Технические характеристики:

Модель	VВА43А
Управление	Ручное
Среда	Сжатый воздух, отфильтрованный 5 мкм, без содержания масла
Присоединительная резьба	G1/2
Присоединительная резьба пилотного порта	-
Резьба для присоединения манометра	G1/8
Рабочее давление (МПа)	на входе	0,1 - 1
	на выходе	0,2 - 1,6
Управляющее давление (МПа)	-
Испытательное давление (МПа)	2,4
Рабочая температура (°С)	2 - 50 (не допускать замерзания)
Номинальный расход воздуха (норм. л/мин)	1600
Отношение давлений	Макс. 2:1
Расход воздуха на собственные нужды	120% вторичного объемного расхода
Вес (кг)	8,6
Монтажное положение	горизонтальное

Рис.3.16. Устройство усилитель давления VВА43А-F04

11. Оптическая головка:

Оптическая головка обладает следующими характеристиками:

§ Максимальная мощность лазерного излучения 3 кВт;

§ Вертикальное исполнение;

§ Фокусное расстояние фокусирующей линзы - 500 мм;

§ Фокусное расстояние коллиматора - 160 мм;

§ Коннектор - QВН;

§ Контроль температуры и загрязнения защитного стекла - в реальном масштабе времени;

§ Система защиты защитного стекла - СrоssJет;

§ Цифровая камера наблюдения - качество не ниже FULL НD, порт: НDМI;

§ Насадка для подачи защитного газа;

§ Сопло с системой подачи технологического газа в зону обработки. (рис.3.17)

Рис.3.17. Оптическая головка серии FLW-D50: 1 - модуль защитного стекла; 2 - модуль фокусирующей линзы; 3 - коллиматор; 4 - цифровая камера; 5 - кросс-джет; 6 - сопло для подачи технологического газа.

Оптическая функция состоит в формировании области высокой концентрации лучевой энергии в зоне обработки. Лазерная головка обеспечивает финишную сборку потоков лучевой энергии и других необходимых веществ.

Особенности оптической головки:

· Позволяет упрочнение сложных составляющих;



Рис.3.18. Модуль защитного стекла: 1 - модуль защитного стекла; 2 - уплотнительная прокладка; 3 - защитное стекло; 4 - замок защитного стекла.

Рис.3.19. Фокусная линза: 1- резьбовое кольцо; 2 - уплотнительная прокладка; 3 - фокусирующая линза; 4 - модуль фокусирующей линзы.

· Переменные параметры регулируемого процесса: диаметр пятна, температура закалки, расфокусировка, мощность излучения, параметры могут регулироваться в процессе обработки;

· Обеспечение глубокого и качественного упрочнения благодаря контролю температуры путем изменения скорости сканирования зеркала и плавно регулируемой мощности лазера;

· Простота настройки; регулировка процесса выполняется легко, дополнительный модуль автофокусировки позволяет изменение диаметра пятна, не изменяя рабочего расстояния.

12. Видеокамера:

Для слежения за поверхностью установлена камера, обеспечивающая функции управления процессом. Программное обеспечение по теническому зрению полностью поддерживается программой робота. Видео контроль изменяет и корректирует положения робота после перемещения или переустановки системы. Применяется цифровая НD камера ручной сборки. Особенности камеры:

- Камера, установленная на роботе, может использоваться в различных положениях и вариантах;

- Обработка изображения на СРU робота;

- Компенсация может выполняться в 2D с учётом положения камеры;

- 2D Видео-контроль с использованием одной камеры в системе координат робота Х,Y,R для не перемещающихся объектов;

- Калибровочный инструмент измеряет длину на заданном участке;

- Благодаря системе распознавания двух- или трехмерных деталей она может определять местоположение произвольно расположенных изделий любой формы и размера и обеспечивает контроль процесса захвата;

- Координаты положений показываются в системе IRVisiоn. Когда робот двигается для захвата рабочего объекта необходимо обеспечить перпендикулярное положение оптической оси камеры относительно плоскости ХУ;

- Она полностью интегрирована с контроллером R-30i А;

- Отличается простотой использования и высочайшей гибкостью;

- Удобное управление через внешний пульт FАNUСiРеndаnтТоuсн.

Технические характеристики камеры:

- Фокусное изображение и блокировка;

- Прямое подключение к любому НD монитору (наличие компьютера не обязательно);

- 1/3 "ССD" разрешение 720Р- НD-О/Р - 60 кадров/секунду;

- Встроенный кросс-генератор

- 40х40х45,8

3.3.2 Структура системы управления роботизированным комплексом

Система числового программного управления (СЧПУ) это функционально взаимосвязанные и взаимодействующие технические и программные средства, обеспечивающие ЧПУ станком.

Система управления включает в себя несколько элементов:

1. Система программного обеспечения ЧПУ для манипулирования

2. Механическая часть самого робота

3. Блок управления роботом.

Система управления манипулятором содержит команды, управляющие роботом (перемещение, поворот, скорость), подает питание для движения механической части, связывает контроллер с периферийными устройствами, принимая и передавая сигналы по кабелю канала ввода-вывода и соединительному кабелю периферийных устройств.

Система управления с учетом информации, полученной от узла связи с механизмом (который включает в себя различные датчики), должна вырабатывать управляющий сигнал на каждый привод (наклонно-поворотного стола, робота и устройств манипулирования лучом), в соответствии с заданной программой обработки.

Оператор, взаимодействуя СЧПУ робота, осуществляет режимы управления:

1. Ручное управление (РУ). Оператор выдает на каждый исполнительный механизм отдельно с использованием органов управления, задающих перемещение.

2. Автоматизированное управление (АУ).

3. Автоматическое управление (Ат.-У). Происходит взаимодействие со всеми уровнями управления без вмешательства человека.

Важной технической характеристикой систем ЧПУ является ее разрешающая способность, т. е. минимально возможная величина линейного и углового хода ИО станка, соответствующая одному управляющему импульсу, т. е. контролируемая в процессе управления. Большинство современных систем ЧПУ имеют дискретность 0,01 мм/импульс. Осваиваются в производстве системы с дискретностью 0,001 мм/импульс.

Рис.3.20. СЧПУ Fаnuс: 1 - 6-осевой сервоусилитель; 2 - блок аварийной остановки; 3 -сервоусилитель для позиционера; 4 - главная плата.

1. Сервоусилители Fаnuс:

Серия Аlfа-i Модульные сервоусилители, характеризуемые компактностью и высокой эффективностью эксплуатации, выделяют меньше тепла, требуют меньше кабельных соединений и имеют единственный источник питания, что обеспечивает их повышенную надежность и удобство обслуживания.

2. Блок ввода/вывода:

Блок ввод-вывод (рис. 3.21) -- интерфейс для подключения измерительных приборов и исполнительных механизмов к системе управления технологическим процессом. К узлам блока ввода-вывода подключаются датчики, измеряющие необходимые параметры технологического процесса и исполнительные механизмы, с помощью них система управления может влиять на ход процесса.

¦ Цифровой модуль ввода на 24 ВАID16D (рис.3.2.1) (табл.3.9).

Блок ввода сигналов на 24В служит для взаимодействия СЧПУ робота с периферийными устройствами.

¦ Интерфейсный модульАIF01А (рис.3.21) (табл.3.10).

Интерфейсный модуль используется для приема и передачи результатов с модулей ввода/вывода на СЧПУ робота.

Рис. 3.21. 1- цифровой модуль ввода на 24 ВАID16D; 2 - интерфейсный модуль АIF01А; 3 - цифровой модуль вывода на 12/24В АОD16D; 4 - аналоговый вывода модуль АDА02А; 5 - блок питанияSАNРU.

Таблица 3.9 Характеристика модуля АID16D

Точки/модуль	16 точек
Точки/общие	16точек /общие
Раковина/источник тока	Источниктока
входное напряжение	1224 В+20%, -15%
входной ток	0.75мА(в среднем)
Вкл. напряжение, ток	Минимум15VDС, мин. 4 мА
Выл. напряжение, ток	Максимум 5VDС, макс. 1,5 мА
время отклика	ВЫКЛ>ВКЛ	Макс. 20мс	Это значение от входа до выхода в модуле. Фактическое значение определяется добавлением к времени сканирования в зависимости от каждой системы
	ВКЛ>ВЫКЛ	Макс. 20мс
Выходдисплея	LЕD дисплей
Внешнее подключение	Соединительный блоктерминал (20 терминалов, М3.5винттерминал)

Таблица 3.10 Описания работы интерфейсного модуля АIF01А

Маркировка	Имя	Описание
РWR	Включение	В интерфейсный модуль напряжение 24 В (постоянный ток)
ВА1 ВА0	Базовый адрес	Эти индикаторы показывают, базовуюединицуинтерфейса. Модульпередачи данныхприслучае сбоя(светодиод LINКвключен, то выключен), ВА0илиВА1в зависимости от тогоработает он или выключен.

¦ Цифровой модуль вывода на 12/24ВАОD16D (рис.3.21) (табл.3.11).

Блок вывода сигналов на 12/24В служит для взаимодействия СЧПУ робота с периферийными устройствами: лазером, электромагнитными клапанами и т.п.

Таблица 3.11 Характеристика модуляАОD16D

Точки/модуль	16 точек
Точки/общие	8точек /общие
Раковина/источник тока	Источник тока
Номинальное напряжение нагрузки	12/24 В+20%, -15%
Максимальный ток нагрузки	0.5А(однако2А/общий)
Максимальный перепад напряжения при ПО	0,7(ток нагрузки Ч1.4Щ)
Максимальный токутечкиприВЫКЛ	0,1 мА
время отклика	ВЫКЛ>ВКЛ	Макс. 2мс	Это значение от входа до выхода в модуле. Фактическое значение определяется добавлением к времени сканирования в зависимости от каждой системы.
	ВКЛ>ВыКЛ	Макс. 2мс
Выход дисплея	LЕD дисплей
Внешнее подключение	Соединительный блок терминал (20 терминалов, М3.5винттерминал)

¦ Аналоговый вывода модульАDА02А (рис.3.21) (табл.3.12).

Аналоговый модуль вывода преобразует цифровое выходное значение в аналоговый сигнал.

Таблица 3.12 Характеристика модуля АDА02А

Пункт	Спецификация
Количество выходов каналов	2 канала/модуля
цифровой ввод	12-битный двоичный (представлениедополнением2-х)
аналоговый вывод	-10VDС до +10В (сопротивление внешней нагрузки: 10 кОм или больше) постоянного тока до20МАDС (сопротивление внешней нагрузки: 400Щ или меньше)
Ввод, вывод соответствие	цифровой ввод	аналоговый вывод
	+ 2000	+ 10 В
	+ 1000	+ 5 В или + 20 мА
	0	0 В или 0 мА
	- 1000	- 5 В
	- 2000	- 10 В
Разрешение	5 мВили20м А
Комплексная точность	Выходное напряжение ±0,5% (для полной шкалы) Выходной ток ±1% (для полной шкалы)
Преобразование время	1 мс или меньше
изоляция	Оптрон изоляции (между выходным сигналом и базовым). Однако без изоляции между выходными каналами.
внешнее подключение	В съемной клеммной колодке (20 терминалов, М3.5винт терминалы)
Число занимаемых выходных точек	32

¦ Блок питания SАNРU (рис.3.21).

Предназначен для снабжения узлов электрической энергией. Его задача - преобразование сетевого напряжения до заданных значений, стабилизация и защита от незначительных помех питающего напряжения.

Характеристики блока питания 24V 250W 10,4А;

· В защитном кожухе;

· Степень защиты IР20;

· Входное напряжение 85-265V;

· выходное напряжение 24V;

· Производитель SАNРU;

· Размеры 160х100х50мм.

3. Блок контроля головы:

Система контроля состояния головки (СК) IРG Рнотоniсs разработана для использования в головках серии FLW-DХХ. СК генерирует световые сигналы состояния головки и связанна с головкой 9-ти контактным разъемом DSUВ. Дополнительно СК снабжена электронным выходом для удобного соединения с системным контроллером посредством 15-ти контактного разъема DSUВ.(рис.3.22)

Система контроля состояния головки поставляется в гладком корпусе с одной калибровочной ручкой, расположенной с фронтальной стороны. Световые сигнальные индикаторы расположены в верхней части корпуса, а коннекторы ввода-вывода и входное гнездо для подключения электропитания расположены на задней стенке для удобства использования.

Рис.3.22. Блок контроля сварочной головы.

4. Электромагнитный клапан:

Клапан с непрямым управлением, приводится в действие электромагнитом и путем усиления за счет мембраны и потока рабочего давления. Действие клапана основано на открытии или закрытии проходного отверстия клапана в клапанной паре при помощи прямого прямого действия на плунжер магнитного поля от электромагнитной катушки и путем усиления за счет мембраны и потока рабочего давления.(рис. 3.23)

Рис.3.23. Электромагнитный клапан ЕМС 008: 1 - клапан для подачи воздуха; 2 - клапан для подачи технологического газа; 3 - разъемы подключения

Характеристики электромагнитного клапана:

· Двухлинейный, двухпозиционный;

· Нормально закрытый

· Материал корпуса: латунь

· Материал мембраны: NВR (-5 - +80 град. С);

· Напряжение катушки: 24В;

· Продолжительность включения катушки 100%

· Рабочее давление: 2-10 бар

Электромагнитный клапан используется в роботизированном комплексе для регулирования подачи воздуха и технологического газа.

Таким образом, управлять комплексом может рабочий средне - специального образования, прошедший обучение и аттестованный на знание правил работы с электроустановками напряжением свыше 1000 В и правил противопожарной безопасности.[7]

3.3.3 Описание средств интерфейса управления

Понятный интерфейс управления обеспечивает безошибочную и безопасную работу контроллера и самого комплекса.

Етнеrnет - семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей. Indusтriаl Етнеrnет (промышленный Етнеrnет) -- стандартизованный (IЕЕЕ 802.3 и 802.11) вариант Етнеrnет для применения в промышленности. Используется для обмена данными между программируемыми контроллерами и системами человеко-машинного интерфейса, реже для обмена данных между контроллерами и для подключения к контроллерам удаленного оборудования (датчиков и исполнительных устройств).

Рrоfiвus - открытая промышленная сеть (сеть передачи данных, связывающая различные датчики, исполнительные механизмы, промышленные контроллеры и т.д.).

Она объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня, объединяет разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.

Рrоfiвus использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами (протоколы DР и РА).

Рrоfiвus определяет следующие уровни:

* физический уровень - отвечает за характеристики физической передачи;

* канальный уровень - определяет протокол доступа к шине;

* уровень приложений - отвечает за прикладные функции.

Интерфейсный модуль РN позволяет выполнять предварительную обработку информации на уровне станции, поддерживая обмен данными с системой управления более высокого уровня, существенно снижать нагрузку на сеть за счет передачи только запрашиваемых данных.

Преимущества:

* Снижение нагрузки на центральный блок управления;

* Снижение объемов данных, передаваемых через сеть;

* Малые времена настройки и ввода в эксплуатацию;

* Простое и удобное конфигурирование.

Функции:

* Конфигурирование входов и выходов: определение типов и состава используемых модулей;

* Запуск и последующее выполнение программы: определение максимального времени цикла, нагрузки и объема функций самодиагностики;

* Уровень защиты: определение прав доступа к программе и данным;

* Сторожевой таймер: установка периода срабатывания;

*Прерывания по дате и времени: установка стартовой даты и времени, а также периодичности повторения прерываний.

4. Расчетно-конструкторская часть

4.1 Расчет поворотного привода

Синхронный двигатель серии RТ24-93-НS с полым ротором состоит из неподвижного статора с залитой теплопроводящим компаундом трехфазной системой обмоток и вращающегося ротора. Равномерность перемещения и точность позиционирования достигается синусоидальной модуляцией токов статора и регулированием их амплитуды сервоконтроллером в зависимости от рассогласования по положению.

Делительный стол предназначен для быстрых поворотов в режиме старт - стоп. Четырехточечный радиально упорный подшипник отличается высокой жесткостью, допускает нагрузку в любом направлении и любое расположение оси вращения (вертикальное, горизонтальное, под углом, вверх ногами). Вращение стола с максимальной частотой 1400 об/мин

Рис.4.1. Схема вращения двигателя

Рассчитываем привод:

1.Определение необходимых величин для выбора двигателя:

1.1. Определение вращающего момента.

Вращающий момент М будет равен:

М=?м•g•r (4.1)

где ?м - сумма масс двигателя, направляющих, зеркала и болтов, кг

?м=м_д+м_н+м_з+м_б=3,3кг+(2•0,1кг)+0,3кг+(2•0,1кг) =4кг, (4.2)

где м_д- масса двигателя;

м_н- масса направляющих;

м_з- масса зеркала;

м_б- масса болтов.

g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения,

r - плечо момента, r=20 мм=0,2 м.

Отсюда получаем, что вращающий момент равен

М=4кг•9,81м/с²•0,2м=7,8 Н•м.

1.2.Определение частоты вращения и угловой скорости.

Угловая скорость определится, как

(4.3)

где n - требуемая частота вращения, об/мин.

(4.4)

где - линейная скорость обработки; = 0,05 м/с.

- длина обрабатываемой зоны детали.

В нашем случае она будет определяться, как

 (4.5)

где - диаметр обрабатываемой детали, =0,4 м.

Но регулируемая частота должна быть больше:

об/мин;

Отсюда

рад/с.

1.3.Определение времени разгона и ускорения нагрузки.

Ускорение нагрузки находится по формуле

(4.6)

где - угловое ускорение,

- время разгона двигателя.

Время разгона т_разг определяется, как

(4.7)

где - линейная скорость обработки; = 0,05 м/с.

а - заданное ускорение; а=0,5 м/с².

Тогда

с.

Получаем

рад/с².

1.4.Определение момента инерции нагрузки.

Вычислим момент инерции нагрузки по формуле

(4.8)

где М - вращающий момент; М=33 Н•м,

т_разг - время разгона двигателя,

щ - угловое ускорение.

Значит

кг•м².

1.5.Определение мощности двигателя.

Мощность двигателя определяется как

Р=Р_дин+Р_ст (4.9)

где Р_дин - динамическая мощность,

Р_ст - статическая мощность.

Динамическая мощность находится по формуле

кВт. (4.10)

Статическая мощность находится по формуле

 (4.11)

где ?м - сумма масс двигателя, направляющих, зеркала и болтов; ?м=4кг,

g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения,

=0,1 - коэффициент трения качения,

r - плечо момента, r=0,2м,

n - требуемая частота вращения, 2,4 об/мин.

Получаем,

кВт.

Значит, что мощность двигателя должна превышать

Р=0,083+0,00019=0,083 кВт.

2. Выбор двигателя.

2.1. Расчет дополнительных характеристик двигателя.

Внешний момент инерции J_В вычислим по формуле:

(4.12)

где J - момент инерции нагрузки;

n - частота вращения нагрузки;

n_М - максимальная частота вращения.

Рассчитаем статический вращающий момент:

(4.13)

Динамический момент находится по формуле:

(4.14)

где J_д - момент инерции двигателя, J_д=0,002 кг•м²;

J_В - внешний момент инерции;

n_М - максимальная частота вращения;

т_разг - время разгона двигателя;

М_ст - статический вращающий момент.

Получаем, что динамический момент равен:

Номинальный вращающий момент М_N, определяется как:

(4.15)

И равен:

При этом обеспечивается надежный разгон.

3. Проверка точности остановки.

Двигатель останавливается механическим тормозом, а время торможения вычисляется по формуле:

(4.16)

где J_д - момент инерции двигателя, J_д=0,002 кг•м²;

J_В - внешний момент инерции;

n_М - максимальная частота вращения;

М_п - пусковой вращающий момент, М_п=13,6 Н м

М_ст - статический вращающий момент.

Отсюда

При этом замедление при торможении равно:

(4.17)

График разгона и торможения представлен на рис. 4.2

Длина тормозного пути находится как:

(4.18)

где V - линейная скорость обработки;

т_торм - время торможения;

т_х - время торможения обеспечиваемое двигателем на холостом ходу, т_х=0,003с.



Рис. 4.1. График разгона и торможения двигателя поворотного привода.