Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Разработка станка с электронной системой программного управления

Разработка станка с электронной системой программного управления

Внедрение станков с системой электронного программного управления. Назначение технологического оборудования (станка), электропривода и электронной системы программного управления. Модуль адаптера магистрали, таймер и анализ его работы со станком.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 19.06.2013
Размер файла 2,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

  • Введение
  • 1. Техническая часть
  • 1.1 Назначение технологического оборудования (станка), электропривода и ЭСПУ (без технических данных)
  • 1.2 Работа модуля адаптера магистрали, таймера (АМТ) и анализ его работы со станком модели 16А20Ф3С39
  • 1.3 Описание требований, предъявляемых к электроприводам типа Размер 2М-5-21
  • 1.4 Анализ и описание работы датчиков входящих в станок 16А20Ф3С39
  • 1.5 Назначение и устройство электроавтоматики привода станка модели 16А20Ф3С39
  • 2. Расчётная часть
  • 2.1 Расчёт мощности, потребляемой модулем адаптер магистрали, таймер ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02
  • 2.2 Расчёт использования (загруженности) ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02
  • 2.3 Готовность и эффективность профилактики ЭСПУ
  • 2.4 Рассчитать среднее время безотказной работы и среднее время восстановления ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02
  • 2.5 Расчёт надёжности модуля адаптера магистрали, таймера (АМТ) ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02 с использованием прикладной программы на ПЭВМ
  • 3. Технологическая часть
  • 3.1 Разработка тест-программы для проверки работы модуля адаптера магистрали и таймера (АМТ)
  • 3.2 Организация ремонтной службы на предприятии
  • 4. Мероприятия по ресурсо- и энергосбережению
  • 4.1 Основные определения ресурсо- и энергосбережения
  • 4.2 Определение технологической нормы расхода электроэнергии на 1 нормо-час по механическому цеху
  • 4.3 Расчет тепловой энергии на отопление и вентиляцию механического цеха
  • 5. Экономическая часть
  • 5.1 Определение трудоемкости капитального ремонта станка с ЭСПУ
  • 5.2 Планирование численности рабочих, занятых капитальным ремонтом станка с ЭСПУ
  • 5.3 Расчёт себестоимости капитального ремонта станка с ЭСПУ
  • 5.4 Расчет свободно-отпускной цены капитального ремонта станка с ЭСПУ
  • 6. Охрана труда и окружающей среды
  • 6.1 Правовые и организационные вопросы
  • 6.2 Производственная санитария
  • 6.3 Безопасность труда
  • 6.4 Противопожарная безопасность
  • 6.5 Охрана окружающей среды
  • Заключение
  • Список использованных источников
  • Приложение

Введение

Электронные системы программного управление (ЭСПУ) являются универсальным средством управления станками. ЭСПУ применяют для всех групп и типов станков. Применение станков с ЭСПУ позволило качественно изменить металлообработку, получить больший экономический эффект. Обработка на станках с ЭСПУ, по отечественным и зарубежным данным, характеризуются: ростом производительности труда оператора-станочника благодаря сокращению основного и вспомогательного времени (переналадки); возможностью применения многостаночного обслуживания; повышенной точностью; снижением затрат на специальные приспособления; сокращением или полной ликвидацией разметочных и слесарно-подгоночных работ.

Опыт использования станков с ЭСПУ показал, что эффективность их применения возрастает при повышении точности, усложнений условий обработки (взаимное перемещение заготовки и инструмента по пяти-шести координатам), при многоинструментальной многооперационной обработке заготовок с одного установа и т.п.

Большое преимущество обработки на станках с ЭСПУ заключается также в том, что значительно уменьшается доля тяжёлого ручного труда рабочих, сокращаются потребности в квалифицированных станочниках-универсалах, изменяется состав работников металлообрабатывающих цехов.

Современное серийное производство немыслимо без оборудования с ЭСПУ. Выпуск станков непрерывно растёт, быстрыми темпами развивается и видоизменяется само числовое программное управление, что позволяет расширить технологические возможности оснащенного им оборудования, повысить точность обработки, сократить время отработки управляющих программ.

Многие предприятия страны с помощью станков о ЭСПУ решили некоторые сложные производственные, технические и экономические задачи и от внедрения отдельных станков перешли к комплексному перевооружению производства на базе этих станков. Повышение производительности труда, создание гибких переналаживаемых производств и в связи с этим сокращение затрат на освоение выпуска новых изделий, уменьшение объема доделочных работ на сборке, улучшение качества, решение проблемы дефицита в станочниках, особенно при использовании промышленных роботов (безлюдная технология), сокращение производственных площадей, транспортных и контрольных операций, уменьшение расходов на проектирование, изготовление и эксплуатацию зажимных приспособлений, вспомогательной оснастки и режущих инструментов, повышение культуры производства и улучшение условий труда - вот перечень тех положительных сторон, которые приводят к достижению экономической эффективности при эксплуатации станков с программным управлением.

Широкое внедрение в машиностроение станков с системой программного управления поставило задачу подготовки квалифицированного персонала, участвующего в создании, освоении и обслуживании этой сложной техники. В указанных процессах принимают участие конструкторы, технологи, программисты, наладчики станков, операторы, специалисты ремонтных служб. Следует подчеркнуть особую роль наладчиков. Освоение нового станка с программным управлением и настройка его на обработку детали требуют от наладчика широкого круга знаний в различных областях техники, Эрудиция наладчика в теоретических вопросах должна сочетаться с умением решать чисто практические задачи по настройке станка. Наладчик должен уметь выявлять недочеты в управляющих программах и корректировать их, добиваясь при минимальных затратах времени наилучших результатов по производительности, точности обработки и расходу режущих инструментов. Особая ответственность лежит на наладчике в тех случаях, когда возникают неисправности в работе станка. Наладчик должен в кратчайшие сроки отыскать причину неисправности и принять меры к ее устранению своими силами или с привлечением специалистов из соответствующих служб.

Наладчик должен уметь читать текст управляющей программы по перфоленте, хорошо разбираться в сопроводительной технологической документации, знать управление большинством моделей станков определенного типа, уметь пользоваться чертежами и схемами механических, гидравлических, электрических и электронных устройств, знать методы и приемы технического обслуживания, гарантирующие надежность станков с ЭСПУ.

Таким образом, от наладчика в значительной степени зависит производительность и качество обработки, а также надежность работы оборудования.

Данный дипломный проект является завершающим этапом в освоении специальности 2-53.01 31 ”Техническое обслуживание технологического оборудования и средств робототехники в автоматизированном производстве”. Темой проекта является разработка комплекса технических, эксплуатационных и наладочных мероприятий для устранения неисправностей в технологическом оборудовании (станке), электроавтоматике и электроприводе, согласно исходным данным. Дипломный проект включает комплекс вопросов, написание которых требует знания предметов, пройденных за весь период обучения. Благодаря, дипломному проекту мы получаем возможность, освежить и систематизировать те знания, которые были получены во время учебного процесса в гомельском государственном машиностроительном колледже.

станок электронное программное управление

1. Техническая часть

1.1 Назначение технологического оборудования (станка), электропривода и ЭСПУ (без технических данных)

Станок 16А20Ф3С39 - патронно-центровой, предназначен для токарной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа тел вращения со ступенчатым и криволинейным профилями в один или несколько проходов в замкнутом полуавтоматическом цикле, а также для нарезания крепежных резьб (в зависимости от возможностей системы ЧПУ). Станок используют в единичном, мелко - и среднесерийном производстве. Данный станок может комплектоваться различными ЭСПУ. Обозначение станка зависит от оснащения устройством числового программного управления.

ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02 - это система контурного управления типа ЧПУ. Она предназначена для оперативного управления станками со следящими электроприводами по двум линейным осям, главным приводом и измерительными фотоимпульсными датчиками. Эта система построена на базе микропроцессоров, имеет постоянную память для хранения системных программ и оперативную память для хранения управляющих программ обработки деталей, параметров станка и параметров привязки инструментов. Система позволяет создавать мультипроцессорные конфигурации (до четырех процессоров), стандартная корзина позволяет использовать два процессора, но во всех станочных применениях используется однопроцессорная конфигурация.

Ввод управляющих программ обработки производится с пульта оператора или с кассеты электронной памяти, а вывод отлаженных программ и их загрузка в данный станок или станок другой модели с таким же устройством ЭСПУ - с помощью кассеты электронной памяти. Специальные программы, размещенные в постоянной памяти устройства ЭСПУ, преобразуют введенную программу обработки в программу управления станком. Процесс перевода осуществляется автоматически. Язык описания программы обработки позволяет на основании чертежа оперативно составлять и вводить в память ЭСПУ управляющие программы обработки детали. Редактирование программы обработки включает в себя просмотр, исключение, добавление и замену кадров.

ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02 обеспечивает линейную и круговую интерполяцию геометрической информации.

ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02 предназначена главным образом для токарной группы станков. Конструктивно устройство рассчитано на встройку в станок. Им оснащают токарные станки различных типоразмеров.

С помощью автоматического или ручного управления от пульта станка осуществляют: поиск кадра; начальную установку (сброс информации); ввод и размещение программ обработки в оперативной памяти, их редактирование и вывод на внешний носитель; проверку выполнения управляющих программ обработки без перемещения рабочих органов станка; ручное управление исполнительными органами и электроавтоматикой станка; работу в однопроходных и многопроходных (продольных и поперечных) автоматических циклах, в том числе многопроходное нарезание резьбы; обработку по дуге окружности; повторение части программы заданное число раз; коррекцию зазоров звеньев кинематики станка; смещение инструмента (ручное от маховичка и по управляющей программе); изменение скорости подачи в автоматическом режиме.

Устройство представляет возможность работы в следующих режимах:

от маховичка;

от клавиш ручного управления;

автоматическом;

ввод (индикации) содержимого памяти программы обработки и параметров;

ввод программы обработки параметров;

размерной привязки инструмента;

обучения - формирования управляющей программы при обработке в ручном режиме.

Электропривод асинхронный глубокорегулируемый комплектный типа Размер 2М-5-21 ИДАФ.655174.002 предназначен для работы в системах автоматизированного регулирования частоты вращения электродвигателей двух механизмов подачи и электродвигателя шпинделя токарных станков с ЭСПУ.

Условия при которых обеспечивается нормальный режим работы электропривода:

1) диапазон рабочих температур 274-308 К [35oC]

2) верхнее значение влажности воздуха 80% при 298 К [25 oC]

3) рабочее значение атмосферного давления - от 86,6 до 106,7 кПа (650-800 мм рт. ст.)

4) вибрация в диапазоне частот 1-35 Гц - с амплитудой 0,1 мм

Питание электропривода производится от трехфазной промышленной сети переменного тока с напряжением 380 В частотой 50 Гц. Сеть должна обеспечивать возможность заземления оборудования.

Электропривод сохраняет работоспособность при:

1) отклонениях напряжения питающей сети от номинального значения от 10 до минус 15%

2) отклонениях частоты питающей сети от 1 до минус 1% от номинального значения.

Мощность потребляемая электроприводом, не более 20 кВА.

Электропривод обеспечивает работу во всех 4 квадрантах механической характеристики при изменении управляющего напряжения в пределах ±10 В.

Электропривод вырабатывает импульсные сигналы перемещения, которые могут использоваться в ЭСПУ для измерения перемещения механизмов подач.

1.2 Работа модуля адаптера магистрали, таймера (АМТ) и анализ его работы со станком модели 16А20Ф3С39

Ячейка АМТ входит в состав ЭСПУ Электроника НЦ-31-02 и предназначена для:

обеспечением обмена данными между процессором ЭСПУ и устройством связи со станком, которые находятся на магистрали имеющие интерфейс, отличный от интерфейса магистрали НЦ, на котором расположен процессор ЭСПУ;

в отсчете интервалов времени программно задаваемых процессором в виде двоичного кода, выдачи по определенным правилам прерывания на процессор УЧПУ по истечении заданного временного интервала

Описание алгоритмов взаимодействия между АМТ и процессором при обращении последнего по обмену данными к AM и ПТ.

Последовательность цикла ввод:

1. Процессор устанавливает на линиях АД (15-0) адрес, определяющий ведомого, т.е. адрес того устройства, к которому обращается процессор по обмену данными;

2. Процессор устанавливает на линиях сигналы ОБМ и ВУ;

3. При наличии сигналов ВУ и OБM АМТ производит дешифрацию 11-7 разрядов адреса и осуществляет запись необходимых полей адреса на регистр;

4. Процессор устанавливает на линии сигнал ДЧТ и одновременно с установкой сигнала ДЧТ производит сброс сигнала ВУ и адреса на линиях АД (15-0);

5. АМТ в ответ на сигнал ДЧТ устанавливает сигнал ОТВ, данные на линиях АД (15-0) и сигнал ОШВ в случае ошибочного обмена;

6. Процессор принимает данные с линий АД (15-0) и сигнал ОШВ, после чего производит сброс сигнала ДЧТ;

7. По заднему фронту сигнала ДЧТ АМТ снимает данные с линий АД (15-0) и сигнал ОШВ, после чего производит сброс сигнала ОТВ;

8. Процессор по фронту сигнала ОТВ производит сброс сигнала ОБМ;

9. По заднему фронту сигнала обмен производится установка триггеров приема в начальное состояние;

10. По заднему фронту сигнала OБМ производится установка триггеров приема адресной информации АМТ в начальное положение.

Последовательность цикла вывод:

1. Процессор устанавливает на линиях АД (15-0) адрес, определяющий ведомого;

2. Процессор устанавливает на линии сигнал ОБМ и ВУ;

3. АМТ производит дешифрацию 11-7 разрядов адреса и осуществляет запись необходимых полей адреса на регистры;

4. процессор устанавливает на линиях АД (15-0) данные и сигнал ДЗП;

5. по переднему фронту сигнала ДЗП АМТ принимает данные с линий АД (15-0), формирует сигнал ОТВ и ОШВ в случае ошибочного обмена;

6. процессор по переднему фронту сигнала ОТВ сбрасывает сигнал ДЗП и данные с линии АД (15-0);

7. АМТ по заднему фронту сигнала ДЗП сбрасывает сигналы за линии ОТВ и ОШВ;

8. процессор по заднему фронту сигнала ОТВ сбрасывает сигнал OБM;

9. АМТ по заднему фронту сигнала OБМ производит сброс адресной информации.

Описание алгоритмов взаимодействия между блоками УСС и процессором:

1. ведущий устанавливает на линиях АД (15-0) адрес, определяющий ведомого;

2. ведущий устанавливает на линиях сигналы OБM и ВУ;

3. АМТ производит дешифрацию 11-7 разрядов адреса;

4. АМТ по появлении сигнала OБM записывает необходимые поля адреса на свои регистры;

5. АМТ по сигналу дешифрации и по сигналу ОБМ выдает на линии ПА сигналы (транслирует содержимое 3-0 разрядов адреса на линии ПАЗ. ПАО) и формирует сигнал, стробирующий приём сигнала ДЧТ;

6. ведущий устанавливает на линии сигнал ДЧТ и одновременно с установкой сигнала ДЧТ производит сброс сигнала ВУ и адреса на линиях АД (15-0);

7. АМТ через 0,5 мкс после установки сигнала ДЧТ устанавливает сигнал ВБ на линии того блока УСС, адрес которого был установлен на линиях АД (15-0);

8. АМТ черев 2мкс после установки сигнала ВБ приступает к анализу сигнала ГТ. Если адресуемой устройство "быстрое", т.е. оно успевает выставить данные в течение 2 мкс, то на ГТ сохраняется высокий уровень. В том случае АМТ устанавливает сигнал ОТВ. В противном случае, АМТ ожидает окончание приёма данных с линий АД (15-0), т.е. ожидает высокого уровня на линии ГТ и только после этого устанавливает сигнал ОТВ:

9. ведущий сбрасывает сигнал ДЧТ;

10. АМТ сбрасывает сигнал ОТВ и сигнал ВБ;

11. Ведущий сбрасывает сигнал ОБМ;

12. АМТ снимает информацию с линий ПА и устанавливает триггера регистров в исходное состояние.

13. Ведущий устанавливает на линиях АД (15-0) адрес, определяющий ведомого;

14. Ведомый устанавливает на линиях сигналы ОБМ в ВУ;

15. АМТ производит дешифрацию 11-7 разрядов адреса;

16. АМТ по появлении сигнала ОШ записывает необходимые поля адреса на свои регистры;

17. АМТ по сигналу дешифрации и сигналу ОБМ устанавливает на линиях ПА информацию, т.е. транслирует содержимое 3-0 разрядов адреса на линии ПА;

18. Ведущий устанавливает на линии сигнал ДЗП и одновременно с установкой сигнала ДЗП производит сброс ВУ и адреса на линиях (15-0);

19. АМТ по сигналу ДЗП устанавливает сигнал ЗП;

20. АМТ через 0,5 мкс после установки сигнала ДЗП устанавливает сигнал ЗБ на линии того блока адрес которого был установлен на линиях АД (15-0);

АМТ через 2 мкс после устанавливает сигнала ВБ приступает к анализу сигнала ГТ. Если адресуемой устройство "быстрое", т.е. оно успевает выставить данные в течение 2 мкс, то на ГТ сохраняется высокий уровень. В том случае АМТ устанавливает сигнал ОТВ. В противном случае, АМТ ожидает окончание приёма данных с линий АД (15-0), т.е. ожидает высокого уровня на линии ГТ и только после этого устанавливает сигнал ОТВ;

Модуль АМТ входит в состав ЭСПУ "Электроника НЦ-31-02" не имеет прямой связи со станком, так как он предназначен для обеспечения обмена данными между микропроцессором и устройствами связи со станком, а так же отсчетов интервалов времени, программно задаваемых микропроцессором в виде двоичного кода, выдаче прерываний на микропроцессор по истечении временных интервалов. То есть, он является промежуточным звеном и ведет взаимодействие со станком через такие устройства как:

пульт оператора (ПО);

контролер электроавтоматики (КЭ);

контролер измерительных преобразователей (КИП);

контролер приводов (КП).

При необходимости обмена информации с панелью оператора (ПО) или с одним из контроллеров индикатор обмена, запрашивает разрешение захвата общей магистрали МНЦ и после разрешения генерирует адрес ведомого устройства. Модуль АМТ преобразует этот адрес в радиальное воздействие на вызываемый в обмене ведомый модуль. По окончании обмена информацией магистраль МНЦ освобождается. При необходимости задать таймеру в модуле АМТ отработку временного интервала индикатор такого задания через магистраль МНЦ по адресу таймера выдаёт код значения временного интервала. Этот код временного интервала записывается в таймер, с момента этой записи начинается выданного интервала в реальном масштабе времени с дискретой ?t=0.1мс. При необходимости возможен запрет прерывания процессора (П) по значением заданного интервала. Это обеспечивается адресной записью определённой информации в регистр маски таймера.

Для описания взаимодействия адаптера магистрали таймера со станком используем структурную схему ЭСПУ.

Рисунок - структурная схема ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02

Сигналом "выбора блока" ВБ (1-4) адаптер магистрали производит выбор блока УСС для обмена данных с процессором.

Сигналами "под адрес" ПА (0.3) адаптер магистрали конкретно определяет код адреса регистра выбранного блока, с которым выполняется обмен информацией.

Сигнал "запись" 3П используется адаптером магистрали для извещения блока УСС: о достоверности установленных на линиях АД (15-0) данных (низкий уровень сигнала, о готовности к приёму данных с линий АД (I5.0) (высокий уровень сигналя).

Сигнал на линии "готовность" ГТ извещает AM о готовности блоков УСС к обмену данными (высокий уровень сигнала указывает на готовность блока к приёму, выдаче данных).

Описание линий и сигналов магистрали НЦ.

Данная магистраль включает следующие сигнальные линии:

линия адресов и данных АД (15: 0) используются с разделением во времени:

как адресные для обращения процессора к АМТ;

для передачи данных между процессором и АМТ;

для передачи слова прерывания (вектора прерывания) от АМТ к процессору, воспринимающему сигналы прерывания.

Сигналом "обмен" ОБМ процессор синхронизирует процедуру обмена данными. Передний фронт сигнала OБM свидетельствует об установке на линиях АД достоверного адреса.

Сигнал на линии "чтение данных" ДЧТ используется процессором для извещения АМТ о готовности к приему данных (по переднему фронту), а также с приёмке данных с линий АД (по заднему фронту).

Сигнал на линии "запись данных" ДЗП используется процессором для извещения АМТ о достоверности установленных на линиях АД извещает процессор либо о приёме данных АД, либо о выдаче данных на линии АД. Сигнал ОТВ вырабатывается в ответ на сигнал ДЧТ или ДЗП.

Сигнал на линии "ошибка при обмене" (ОШВ) используется ведомым устройством для извещения процессора об ошибке при хранении информации.

Сигнал на линии "запрос прерывания" (ЗПР) используется АМТ для извещения процессора о внешнем прерывании.

Сигнал на линии "разрешение прерывания" (РПР) используется для разрешения процессором запрашивающему прерывание устройству выдать вектор прерывания. Сигнал на линии "установка" УСТ приводит все устройства на магистрали в исходное состояние.

Сигнал на линии "выборка устройства" ВУ служит признаком обращения процессора к устройствам на магистрали НЦ, адрес которых содержится в четырех старших разрядах 16-ти разрядного кода адреса.

1.3 Описание требований, предъявляемых к электроприводам типа Размер 2М-5-21

Требования к электроприводам определяются технологией обработки, конструктивными особенностями станка, режущим инструментом, функциональными возможностями системы ЭСПУ.

Основные технологические требования заключаются в обеспечении: необходимых технологических режимов обработки с использованием современного режущего инструмента; максимальной производительности; требуемой точности обработки; высокой чистоты обрабатываемой поверхности (снижение шероховатости); повторяемости размеров деталей в обрабатываемой партии (стабильности).

При всем многообразии станков требования, предъявляемые к приводам станков, определяются, главным образом, не тем, к какой группе относится станок, а для какого движения предназначен привод: главного движения, подачи или вспомогательного, так как именно это определяет мощность и момент, способ регулирования скорости, диапазоны регулирования, необходимую плавность регулирования, требования к динамическим характеристикам, к жесткости механических характеристик и стабильности скорости.

Расширение технологических возможностей станков обеспечило возможность проведения на одном станке различных технологических режимов: фрезерование, сверление и растачивание или точение, сверление и растачивание и т.д., а освоение нового твердосплавного и керамического инструмента существенно повысило режимы обработки.

Расширение технологических режимов обработки на одном станке, с использованием современного режущего инструмента, привело к усложнению установленных электроприводов, увеличению установленной мощности двигателя главного движения, вращающих моментов двигателей подач, расширению диапазонов регулирования скорости главного привода, рабочих подач и установочных перемещений, увеличению быстродействия всех приводов при управляющем и возмущающем воздействиях, ужесточению требований к стабильности и равномерности вращения электродвигателей всех приводов.

Требование повышения производительности также привело к увеличению мощности и максимальной скорости привода главного движения; к увеличению скорости быстрого хода приводов подач; увеличению максимальных рабочих подач; снижению времен разгона и торможения, позиционирования приводов подач и вспомогательных перемещений и ориентации шпинделя.

Удовлетворение требованиям снижения шероховатости и повышения точности при обработке и позиционировании ужесточило требования к электроприводам по значению погрешностей в установившихся и переходных режимах при различных возмущающих воздействиях, по расширению диапазона регулирования и увеличению чувствительности электроприводов по входному воздействию и нагрузке, по повышению равномерности движения, особенно при малых скоростях, по увеличению быстродействия при возмущении по нагрузке и при реверсе под нагрузкой на малой скорости.

Для обеспечения повторяемости размеров деталей в обрабатываемой партии и высокой точности позиционирования необходимо иметь высокостабильный привод с высокой равномерностью перемещения и апериодическим переходным процессом при изменении скорости.

Очень важным требованием к электроприводам станков с ЭСПУ, особенно при их работе в автоматизированном производстве, является обеспечение их высокой надежности как относительно сохранения параметров, так и безаварийности и ремонтопригодности. Повышению надежности работы электроприводов в значительной степени способствуют наличие технологических запасов по параметрам отдельных электронных элементов и схемным решениям, корректный монтаж электрооборудования, своевременное проведение профилактических мероприятий и установка необходимой системы диагностики, позволяющей быстро определять и устранять неисправности.

Появление низкоскоростных высокомоментных двигателей умеренных габаритов позволило существенно сократить механическую часть коробки подач, а в ряде случаев полностью ее исключить, установив исполнительный двигатель непосредственно на ходовой винт.

Исключение коробки подач привело к повышению мощности механической передачи, повышению КПД и снижению момента инерции электромеханического привода. В станках возросла составляющая от резания в общей нагрузке приводов подач. В большинстве современных станков нагрузка на двигатель при рабочих подачах без резания составляет не более 20-30 % номинальной.

Рост составляющей от сил резания в общей нагрузке на привод подачи увеличил колебание нагрузки на электроприводе подачи при резании, что ужесточило требования к статической и динамической жесткости привода подачи.

Увеличение скорости быстрых перемещений и снижение скорости установочных перемещений привели к значительному увеличению диапазона регулирования. Максимальная рабочая подача современных многоцелевых станков составляет 30-50 % скорости быстрых перемещений.

Полный диапазон регулирования подач в станках фрезерной, расточной и токарной групп составляет 100 - 10000, а в карусельных расширяется до 30000-40000. Теоретически диапазон регулирования привода подачи каждой оси в станках с ЭСПУ при контурном фрезеровании бесконечен (например, при обработке окружности). Реально минимальная подача ограничена чувствительностью электропривода.

Скорость быстрых перемещений зависит от характеристик механической части привода, возможностей системы ЭСПУ (в частности, от максимальной частоты сигнала управления приводом от системы ЭСПУ), дискретности управления, максимальной угловой скорости приводного электродвигателя, коэффициента редукции передачи от двигателя к механизму и других ограничений, вносимых системой ЭСПУ.

Минимальная скорость привода определяется технологическими требованиями, дискретностью управления и чувствительностью электропривода. Особо высокие требования предъявляются к динамическим характеристикам привода по управляющему и возмущающему воздействиям. Неудовлетворительные динамические свойства регулируемого электропривода, особенно при возмущении по нагрузке, являются причиной повышенной шероховатости поверхности, поэтому весьма важно обеспечить высокое быстродействие привода при сбросе и набросе нагрузки, а также реверсе двигателя под нагрузкой на самых малых скоростях.

Стабильность позиционирования и обработки в значительной степени зависит от стабильности электромеханической системы приводов подач, которая определяется стабильностью ее звеньев, и в первую очередь электропривода, датчика положения и системы ЭСПУ. Стабильность характеристик электропривода при достаточно большом коэффициенте усиления определяется стабильностью нуля входного усилителя регулятора и стабильностью датчика скорости - тахогенератора. Наибольшая относительная нестабильность имеет место при малых скоростях, когда полезный сигнал соизмерим с дрейфом нуля усилителя и падением напряжения в щеточном контакте тахогенератора.

Другим фактором, влияющим на стабильность, а следовательно, и на идентичность параметров при обработке партии деталей, является характер переходного процесса по управляющему воздействию в замкнутых системах следящего и регулируемого электроприводов. При апериодическом переходном процессе при движении в одну сторону не происходит раскрытия люфтов в механических узлах, а также отсутствует влияние гистерезиса, что приводит к существенному повышению стабильности и точности позиционирования и обработки.

В соответствии с проведенным анализом сформулированы качественные требования к станочным электроприводам подач. Количественные оценки определены в гл.2. Установка во всех станках сверхточных, сверхбыстродействующих и сверхстабильных электроприводов сопряжена со значительными техническими трудностями и необоснованно высокими экономическими затратами.

В станках с контурной и контурно-позиционной системами ЭСПУ (классы станков ФЗ и Ф4) в механизмах подач применяются следящие электроприводы (в станках выпуска 60-х годов применялись разомкнутые электроприводы с шаговыми двигателями или электрогидравлические приводы с шаговыми двигателями). В станках с позиционными системами ЭСПУ в механизмах подач (класс Ф2) могут применяться и следящие и регулируемые электроприводы без непрерывной обратной связи по положению. В станках с цифровой индикацией (класс Ф1), как правило, применяются регулируемые электроприводы без обратной связи по положению.

Однако для расширения диапазона регулирования в этих и других станках в механизмах подач возможна установка так называемых автономных электроприводов с датчиками положения, установленными непосредственно на двигателях, с введением в преобразователе устройств для обработки сигналов датчиков и замыкания системы по пути.

В механизмах главного движения в большинстве станков установлены регулируемые электроприводы без обратной связи по положению, в отдельных станках применяются специальные системы ориентации шпинделя либо от мощного двигателя главного привода, либо от специального маломощного двигателя со следящим приводом, аналогичным приводам подач. Очень небольшое количество станков имеет следящий электропривод главного движения от основного электродвигателя.

1.4 Анализ и описание работы датчиков входящих в станок 16А20Ф3С39

На дипломный проект мне был дан станок модели 16А20Ф3С39. В данном станке используются следующие датчики:

БТП 211-24 (Бесконтактный торцевой переключатель). Переключатель выполнен в цилиндрическом стальном хромированным корпусе. Полупроводниковые приборы, резисторы и конденсаторы схемы переключателя смонтированы на стеклотекстолитовой плате с односторонним печатным монтажом. На торце платы установлена открытая ферритовая чашка с катушкой индуктивности (чувствительный элемент переключателя).

Внутренняя полость переключателя заливается эпоксидным компаундом. Для подключения переключателя к нагрузке и к источнику питания на него выведены три разноцветных провода: "+" красного (коричневого) цвета, "-" - белого, "Н" - синего (голубого) цвета. Переключатели изменяют коммутационное состояние (срабатывают) при приближении к чувствительному элементу управляющего элемента из ферримагнитного материала.

Срабатывание переключателя происходит при приближении управляющего элемента как в осевом, так и в радиальном направлениях. Схема переключателя включает в себя защиту от перенапряжений при отключении индуктивной нагрузки и от неправильной полярности питающего напряжения, ("+" и "-"). Попадание "-" на вывод "Н" недопустимо.

Оптический преобразователь угловых перемещений (угловой энкодер)

Угловые системы обратной связи (рисунок) - системы, преобразовывающие такие типы движений в электронные сигнала. Эти сигналы, должным образом обработанные, являются основой для считывания смещений при измерениях и управлении оборудованием. Системы обратной связи используют два различных элемента, чтобы получить электрические сигналы обратной связи:

- градуированные стеклянные шкалы (для линейных систем обратной связи) или градуированные стеклянные диски (для угловых энкодеров).

- шкалы на градуированных стальных лентах.

Системы обратной связи обеспечивают выходные сигналы через оптоэлектронный процесс, основанный на чтении дисков, на которых гравированы линии хрома с определенным шагом (рисунок 2.5.12). Устройство чтения состоит из источника света, стеклянной сетки с градуированными окнами и нескольких фотодиодов в качестве детекторов. Системы обратной связи используют диоды инфракрасного света (IRED) в качестве источника света, которые гарантируют большую безопасность и более длинный срок службы. Угловые энкодеры работают на дифракционном свете через градуированные стеклянные диски с шагом, в зависимости от числа линий на оборот.

В станке 16А20Ф3С39 используется энкодер стандартного типа ВЕ178А, от 50 до 5000 рисок на оборот, тип вала - обычный, погрешность измерения (±) 1/10 шага, выходной сигнал TTL 5V, модель датчика - S.

Рисунок - Принцип действия оптической части датчика

Референтные маркеры (импульс маркера исходного).

Референтный сигнал - специальная гравировка (рисунок 2.5.13), которая обеспечивает импульс при её прохождении. Референтные сигналы используются для восстановления нулевого положения станка (исходного) и особенно для избежания ошибок из-за случайного движения оси, вьто время как ЧПУ или УЦИ выключены.

Угловые энкодеры представляют один референтный маркер на оборот. Кроме того, определенные модели имеют "плавающий" дистанционно-кодированный референтный маркер (Iо).

Рисунок - Стеклянная сетка с градуированными окнами

Датчик обратной связи. Устройство, в измерительном элементе которого величина контролируемого перемещения вызывает изменение каких-либо физических параметров, называется датчиком обратной связи. В замкнутых системах числового или циклового программного управления необходимо контролировать перемещения. При этом на станке контролируются как линейные, так и круговые перемещения. В системах управления датчики положения (в частности, датчики обратной связи по пути) осуществляют активный контроль за перемещением и позиционированием рабочих органов станков и машин. приведена классификация датчиков положения, которые по принципу действия подразделяются на оптические (импульсные) и индуктивные (аналоговые). По конструкции датчики подразделяются на круговые (для измерения угловых вращательных перемещений) и линейные (для измерения возвратно поступательных перемещений). Круговые датчики используются также для косвенного измерения линейных перемещений при установке их на валу в одном из звеньев кинематической цепи. Измерительные преобразователи перемещений формируют стандартные электрические сигналы, дающие информацию о величине и направлении перемещения механизма. В состав преобразователя входит датчик положения, интерполятор и усилитель. Датчики положения являются одним из важнейших элементов системы управления станком и во многом определяют точность обработки детали на станке, так как являются элементом активного контроля технологического процесса.

Оптические (импульсные) датчики по сравнению с аналоговыми обеспечивают более высокую точность. Комплект данного датчика состоит из механической, оптической и электронной систем. Механическая система обеспечивает точное перемещение шкалы с рисками относительно съемника. Принцип работы кругового оптического датчика основан на фотоэлектрическом считывании растровых и кодовых сопряжений. В конструкцию кругового оптического (фотоимпульсного) датчика входит растровое измерительное звено, состоящее из подвижного измерительного растра 6 и неподвижного индикаторного растрового анализатора. В состав растрового анализатора (рис. входят четыре поля считывания А, В, А, В, каждое из которых имеет пространственный сдвиг относительно предыдущего на периода растра. Параллельный световой поток, сформированный конденсатором осветителя, проходя через растровое сопряжение, анализируется четырехквадратным приемником. Соединенные соответствующим образом фото приемники позволяют получить два сдвинутых на 90є токовых сигнала (sin и cos) 1А и 7g, постоянная составляющая которых не зависит от уровня освещенности. Наличие двух сдвинутых на 90 є измерительных сигналов позволяет определить направление перемещения механизма и повысить разрешающую способность преобразователей при обработке этих сигналов в электронных блоках датчиков. Кроме измерительных сигналов перемещения датчик имеет сигнал нулевой метки (сигнал начала отсчета) IRi, который вырабатывается один раз на оборот вала и позволяет использовать датчик угла поворота как датчик углового перемещения.

Рисунок - Круговой оптический датчик

При полном совпадении аналогичных кодовых растров I и II световой поток, принимаемый одной из секций фотоприемника 5, в 3-4 раза больше, чем при любом другом взаимном положении этих кодовых растров. Электронная система усиливает эти сигналы, а затем преобразует их в прямоугольные. Увеличение числа импульсов на единицу перемещения (уменьшение дискретности) достигается электронной схемой. Помимо этого в оптический датчик может встраиваться блок интерполяции сигналов, выполняющий дополнительное деление на 5 или 10.

Оптические датчики линейных перемещений осуществляют преобразование измеряемого перемещения в последовательность электрических сигналов, содержащих информацию о величине и направлении этих перемещений для последующей обработки в системах ЭСПУ. Линейный оптический (фотоимпульсный) датчик ЛИР-7 состоит из растровой шкалы (шаг растра 20 или 40 мкм) 1 и неподвижной пластины 6 индикаторного растрового анализатора. В конструкцию линейного оптического датчика также входит плата 4 осветителей (инфракрасные ИК-излучатели) и плата 7 фотоприемников - считывающая головка (кремниевые фотодиоды).

Круговые оптические датчики подразделяются на две группы: производственные (классы точности 5 - 9) погрешность которых более 15 угл. с. Производственные круговые оптически датчики характеризуются малыми габаритными размерами. Линейные оптические датчики в отличие от круговых работают в незамкнутом цикле, и их точность зависит от температуры окружающей среды.

Рисунок - Линейный оптический датчик

Индуктивные (аналоговые) датчики построены по принципу электромагнитной индукции и подразделяются на вращающиеся трансформаторы (ВТ) (резольверы) и индуктостины. Вращающийся трансформатор имеет на статоре две обмотки, взаимно сдвинутые в пространстве на 90є (т.е. на 1/4 периода). Статорные обмотки питаются двухфазным напряжением переменного тока со сдвигом фаз 90 эл. град. Обмотки статора создают в воздушном зазоре электродвигателя пульсирующее магнитное поле. В бесконтактных ВТ ротор выполняется реактивным, а вторичная (выходная) обмотка расположена на статоре. На вторичной обмотке формируется сигнал, соответствующий сдвигу оси пульсирующего магнитного поля относительно оси ротора. Этот сигнал поступает на схему фазового детектора и усилителя. По сравнению с ВТ индуктосины характеризуются более высокой точностью. Индуктосины состоят из шкалы (линейной для линейного датчика и круговой для кругового датчика) и головки, перемещающейся относительно шкалы. На рисунке приведена конструкция линейного индуктосина. На шкале и головке фотохимическим способом нанесены плоские обмотки с шагом 2 мм. Индуктосин практически является развернутым в плоскости вращающимся трансформатором. На головке имеются две обмотки, сдвинутые одна относительно другой на '/4 периода.

Принцип работы индуктосина основан на явлении электромагнитной индукции. При взаимном перемещении головки (статора) и линейки (ротора) ЭДС индукции меняется с отношением, пропорциональным отношению sin/cos, с периодом, равным шагу обмотки линейки. При подаче напряжения питания на линейку с головки снимаются два сигнала со сдвигом одного относительно другого на 90", величина которых периодически изменяется при перемещении головки относительно линейки. Индуктосин имеет защиту, исключающую попадание феромагнитной пыли.

Рисунок - Индуктосин

Для станков нормальной (Н) точности рекомендуются преобразователи классов 6-8, для станков повышенной (П) точности - преобразователи классов 4, 5, для станков высокой (В) точности - преобразователи класса 3, для особо высокой (А) точности станков - преобразователи класса 2 и для сверхточных (Q станков - преобразователи класса 1, Малогабаритные фотоэлектрические преобразователи классов 6-8 рекомендуются для применения в токарных и фрезерных станках нормальной точности. Для станков с повышенными требованиями к точности рекомендуются малогабаритные фотоэлектрические линейные преобразователи, применение которых позволяет исключить влияние погрешностей ходового винта на точность станка. Бесконтактные датчики обеспечивают эффективное измерение без применения сложных механизмов. Например, датчик NC1 предназначен для наладки инструмента и обнаружения неисправного инструмента. В системе NC1 используется новейшая технология измерения с помощью лазерного луча. Этот метод обеспечивает скоростное, эффективное и бесконтактное измерение параметров инструмента. Датчик NC1 обеспечивает следующие возможности: быстрое измерение длины и диаметра инструмента при рабочей частоте вращения шпинделя; измерение параметров инструмента в любой точке лазерного луча; проверку целостности каждой грани многогранного инструмента; мониторинг и термокомпенсацию тепловых расширений станка; измерение малогабаритного инструмента (диаметром до 0,2 мм); исключение износа и повреждений хрупкого инструмента; удобства при установке, так как подвижные детали отсутствуют.

Выключатель путевой.

Выключатели путевые предназначены для коммутации электрических цепей управления под воздействием управляющих упоров в определённых точках пути контролируемого объекта

В станке 16А20Ф3С39 используется 4 путевых выключателя ВП15-21-221-54У2. Они служат для:

· контроля разжима поперечины;

· контроля зажима поперечины;

· контроля ограничения перемещения поперечины вверх;

· контроля ограничения перемещения поперечины вниз.

Выключатель выполнен в стальном корпусе, внутри которого закреплены нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты. Контакты находятся на подвижном стержне, который соединен с колесиком. При нажатии на колесико пара контактов размыкается, а вторая пара замыкается, Т.о. в устройство управления поступает сигнал.

1.5 Назначение и устройство электроавтоматики привода станка модели 16А20Ф3С39

Электроавтоматика станка предназначена для привода, агрегатов и механизмов, автоматического управления ими контроля состояния, технической диагностики и сигнализации. От четкости работы электроавтоматики зависит производительность и надежность станка.

В состав электрооборудования входят электроприводы главного движения, подач (вспомогательный для создания вращающего и поступательного движения механизмов), датчики технологических параметров и обратной связи электропривода, преобразующие параметры электроприводов и пропорциональные им электрические сигналы.

Электроавтоматика станка может выполняться либо релейно-контакторной, либо (с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей) с помощью бесконтактных устройств и элементов на базе программируемого контроллера.

Коммутирующая аппаратура (контакторы, магнитные пускатели) обеспечивает автоматическое включение и отключение силовых цепей электроприводов в зависимости от программы управления.

Устройства диагностики и контроля служат для контроля и индикации основных рабочих режимов, а также для защиты станка в аварийном режиме.

Рисунок - Схема электроавтоматики станка с ЭСПУ.

Для управления станками в различных режимах и контроля состояния их механизмов служат пульт управления установленные в ЭСПУ. В зависимости от назначения, все элементы, входящие в состав электроавтоматики станка, подразделяются на:

1) командные (кнопки, путевые выключатели, датчики и др.);

2) логические (реле, логические элементы, программируемые контроллеры и др.);

3) исполнительные (контакторы, электрические магниты и муфты, исполнительные двигатели);

4) источники питания и преобразователи напряжений;

5) защитные (предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле).

Эти электрические элементы характеризуются родом питающего тока, типом управляющих цепей, наличием или отсутствием подвижных частей.

Электроавтоматика станка оснащена бесконтактными элементами управления и содержит большое количество релейно-контакторной аппаратуры.

К их числу относится автоматические выключатели (автоматы) для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания, тепловые и температурные реле для защиты от перегрузок, контакторы и магнитные пускатели для дистанционного управления двигателями, а также контактные путевые выключатели, применяемые для контроля передвижения рабочих органов станков.

2. Расчётная часть

2.1 Расчёт мощности, потребляемой модулем адаптер магистрали, таймер ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02

Для наглядности расчета мощности потребляемой заданным модулем ЭСПУ составим таблицу, в которую включим наименование микросхемы, их количество, потребляемый ток, питающее напряжение и рассчитанную мощность. Мощность, потребляемая микросхемами одной серии, рассчитывается путем умножения количества микросхем данной серии на мощность потребляемой одной микросхемой этой же серии. Мощность одной микросхемы определяется формулой:

P = Iпот. • Uпит. ()

Таблица - Итоговая мощность микросхем блока АМТ 21494 мВт или 2,1 Вт.

Наименование микросхемы

Количество

Iпот. мА

Uпит. В

Pпот. мВт

К589АП26

9

150

5

6750

К555ЛИ3

8

3,6

5

144

К155ЛЕ3

11

168

5

9240

К155ТМ8

6

35

5

1050

К555ИД7

1

10

5

50

К155ТМ7

2

33

5

330

К573РФ2

2

33

5

330

К155ТМ2

12

30

5

1800

К573РФ4

2

60

5

600

К1801ВП1

6

40

5

1200

2.2 Расчёт использования (загруженности) ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02

Важной характеристикой ЭСПУ является надежность работы. Надежность устройства - это свойство функционировать при заданных условиях обслуживания и эксплуатации ЭСПУ. Для оценки надежности служат ее количественные характеристики, рассчитываемые на базе статистической информации об обслуживании и эксплуатации ЭСПУ. Количественные характеристики надежности позволяют изучить закономерности возникновения неисправностей, разработать меры их предупреждения, что в свою очередь дает возможность активно влиять на качество услуг, предоставляемых системой обслуживания ЭСПУ. Она практике используется большое количество показателей надежности, характеризующих свойства ЭСПУ.

Коэффициент использования КИ - это отношение времени, в течение которого ЭСПУ находится во включенном состоянии Tвкл, к календарному времени за выбранный интервал функционирования (например, за месяц)

Kи=Tвкл/ Tмес ()

Для расчета коэффициента использования рассчитаем время нахождения ЭСПУ во включенном состоянии исходя из графика работы предприятия. В марте двадцать два рабочих дня по две смены по 8 часов:

Tвкл=2*8*22=352 часов.

Вычислим календарное время

Tмес =25*24= 600

Рассчитаем коэффициент использования

Kи=352/600=0,58

Коэффициент использования показывает степень загруженности ЭСПУ.

Коэффициент технического использования Kти - это отношение времени полезной работы ЭСПУ за определенный период Tпр ко времени нахождения ЭСПУ во включенном состоянии Tвкл.

Kти =

где , - время обнаружения и устранения неисправностей;

- время, потерянное на сбои (кратковременное нарушение работы ЭСПУ) и устранение их последствий;

- время потерь исправной ЭСПУ по организационным причинам (ошибки оператора, некачественные носители информации и т.п.);

- время, затраченное на профилактические работы.

=5 часа; =30 часа; =2 часа; =6 часа; =4 часа;

;

Kти=

Коэффициент технического использования отражает качество технического обслуживания ЭСПУ.

2.3 Готовность и эффективность профилактики ЭСПУ

Коэффициент готовности КГ дает оценку готовности ЭСПУ обеспечивать свою работоспособность в любые промежутки времени между выполнениями планового технического обслуживания при непрерывной работе. Коэффициент готовности также характеризует долю времени правильного функционирования ЭСПУ и не включает время, израсходованное на проведение профилактических мероприятий. Коэффициент готовности определяют по формуле:

KГ=/ () ()

где - время безотказной работы ЭСПУ за рассматриваемый период;

-суммарное время восстановления работоспособности ЭСПУ за рассматриваемый период.

=305 часа

=12 часов

Рассчитаем коэффициент готовности:

Kт=305/ (305+12) =0,96

Коэффициент эффективности профилактики определяется формулой:

Kпроф=Nпроф/ (Nпроф+No) ()

где Nпроф - количество неисправностей (отказов), выявленных при профилактике;

No - количество отказов за рассматриваемый период, происшедших за полезное время работы ЭСПУ,

Nпроф=20 отказов No=6 отказа

Рассчитаем эффективности профилактики

Kпроф=20/ (20+6) =0,71

Данный показатель определяет вероятность отказа при проведении профилактик и характеризует существующую систему профилактического обслуживания ЭСПУ в процессе эксплуатации.

2.4 Рассчитать среднее время безотказной работы и среднее время восстановления ЭСПУ модели Электроника НЦ-31-02

Среднее время безотказной работы ЭСПУ

- среднее значение наработки в часах между двумя отказами - вычисляется по формуле

= ()

Рассчитаем среднее время безотказной работы ЭСПУ

=305/6=51 час

Данный показатель характеризует общую надежность работы ЭСПУ.

Среднее время восстановления ЭСПУ

- среднее время вынужденного и нерегламентированного простоя, вызванного обнаружением и устранением отказа:

=

Рассчитаем среднее время восстановления ЭСПУ

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены