Автоматизация управления широкоуниверсальным фрезерным станком

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО "Тульский государственный университет"

Кафедра Автоматизированные станочные системы

Выпускная квалификационная работа бакалавра

Направление 220200 «Автоматизация и управление»

Тула, 2008

Аннотация

Целью работы является автоматизация управления широкоуниверсальным фрезерным станком. Базовой моделью для модернизации является станок 6А76.

Для решения поставленной задачи:

- произведен кинематический расчет привода главного движения, обеспечивающий 16 вариантов частот вращения шпинделя в диапазоне от 50 до 1600 об/мин;

- предусмотрено автоматическое переключение передач с помощью электромагнитных муфт;

- предусмотрены автономные приводы подач, приводимые в движение двигателями постоянного тока;

- разработана электрическая схема подключения ЧПУ, а также электрическая схема электроавтоматики станка.

Так же произведен силовой и прочностной расчет деталей и механизмов привода главного движения. Расчет производился при помощи программы САПР ПГД для ЭВМ (разработана в ТулГУ на кафедре АСС Савушкиным В.Н.), которая позволяет автоматизировать обработку большого объема формальных процедур переработки информации, а так же дает возможность внесения изменений в проект практически на любой стадии и без ограничения их объема.

Содержание

Введение

1 Анализ базовой модели станка и обоснование модернизации

2 Кинематический расчет привода главного движения и анализ кинематики станка

2.1 Выбор марки электродвигателя

2.2 Построение структурной сетки и ДЧВ привода

2.3 Описание разработанной конструкции узла

2.4 Анализ кинематики станка

3 Функциональная схема СЧПУ

3.1 Описание СЧПУ «Электроника НЦ-80 (МС2101)»

3.2 Определение разрядности и объема ОЗУ

4 Схемы электроавтоматики и подключения СЧПУ к станку

4.1 Электрическая принципиальная схема электроавтоматики станка

4.2 Реализация схемы подключения СЧПУ

4.3 Реализация комплекса вспомогательных М-функций и S-функций дискретного изменения скорости привода главного движения

5 Разработка цикла позиционирования

5.1 Алгоритм цикла позиционирования

5.2 Блок-схема алгоритма

6 Силовые и иные расчеты деталей и механизмов привода главного движения

6.1 Расчет мощности на валах

6.2 Расчет крутящих моментов на валах

6.3 Определение минимальных диаметров валов

6.4 Расчет передач на прочность

6.5 Выбор электромагнитных муфт

6.6 Расчет опорных реакций, статической и динамической грузоподъемности подшипников и изгибающих моментов вала

6.7 Расчет сечений сплошного вала на статическую прочность и выносливость

6.8 Расчет шпинделя

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Металлорежущие станки, наряду с прессами и молотами, представляют собой тот вид оборудования, который лежит в основе производства всех современных машин, приборов, инструментов и других изделий. До 95% деталей на машиностроительных заводах обрабатывается на металлорежущих станках. Количество металлорежущих станков, их технический уровень и состояние в значительной степени характеризует производственную мощность страны.

Функционирование и развитие производственной сферы страны, обеспечение выпуска качественной и конкурентоспособной продукции немыслимо без совершенствования действующих и внедрения новых технологий, модернизации технологических машин и оборудования, перехода к принципиально новым технологическим системам, к технике новых поколений, дающей наивысшую эффективность. Для обеспечения этого должен придаваться приоритетный характер развитию машиностроения и его сердцевины - станкостроения, должно уделяться первостепенное внимание таким катализаторам научно-технического прогресса, как вычислительная техника, приборостроение, электротехника и электроника.

Современные экономические условия обуславливают частую смену выпускаемой продукции. Быстрая смена выпускаемой продукции весьма эффективно обеспечивается так называемыми гибкими автоматизированными производствами, включающими станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, промышленные роботы, другие машины и оборудование с использованием микропроцессорной техники, ЭВМ. Перспектива таких производств - превращение их из автоматизированных в автоматические, поскольку автоматизация всех стадий производственного процесса является одним из важнейших стратегических направлений научно-технического развития.

В данной работе обеспечивается модернизация широкоуниверсального фрезерного станка модели 6А76, а именно автоматизация управления.

Модернизация станка целесообразна, если в результате удается повысить его производительность, качество выпускаемой продукции, расширить технологические возможности и увеличить надежность станка, обеспечить условие труда и безопасность работы.

Модернизация, связанная с автоматизацией управления приводами станка, оправдывает себя по нескольким параметрам:

во-первых, снижается брак деталей, вызванный субъективными факторами;

во-вторых, автоматизация позволяет снизить травматизм на производстве;

в-третьих, автоматизация работы позволяет снизить время на обработку деталей.

1 Анализ базовой модели станка и обоснование модернизации

Широкоуниверсальный фрезерный станок 6А76 предназначен как для горизонтального фрезерования изделий цилиндрическими, дисковыми, фасонными и другими фрезами, так и вертикального фрезерования торцевыми, концевыми, шпоночными и другими фрезами под различными углами. Универсальный фрезерный станок 6А76 предназначен для использования в инструментальных и механических цехах мелкосерийного и индивидуального производства.

Технические характеристики универсального фрезерного станка 6А76

Рабочая площадь поверхности вертикального стола, мм	250х630
Перемещение стола, мм: продольное вертикальное	450 380
Наименьшее и наибольшее расстояние от оси горизонтального шпинделя до съемного углового стола, мм	80…460
Наибольшее перемещение шпиндельной бабки, мм	300
Наибольшее расстояние от торца вертикального шпинделя до плоскости съемного стола, мм	380
Перемещение вертикального шпинделя (вверх - вниз), мм	80
Наибольший угол поворота вертикально головки, град	±90
Конус вертикального и горизонтального шпинделей	40
Габаритные размеры станка, мм	1200х1240х1780
Масса станка, кг	1050

Со станком поставляются принадлежности, необходимые для работы и обслуживания станка: вертикальная шпиндельная головка, хобот с серьгой, угловой горизонтальный стол, тиски, патрон цанговый с цангами, оправка и набор инструмента.

Органы управления

1 - Рукоятка включения быстрого перемещения суппорта и шпиндельной бабки

2 - Рукоятка включения продольной и вертикальной механической подач основного стола

3 - Маховик ручного перемещения основного стола в продольном направлении

4 - Маховик ручного перемещения основного стола в вертикальном направлении

5 - Рукоятка набора скоростей

6 - Рукоятка зажима шпиндельной бабки

7 - Квадрат зажима гильзы вертикального шпинделя

8 - Гайка зажима вертикальной шпиндельной головки

9 - Винт вертикальной установки вертикальной шпиндельной головки

10 - Рукоятка включения механической подачи шпиндельной бабки

11 - Винты зажима хобота шпиндельной бабки

12 - Рукоятка включения скоростей

13 - Маховик ручной подачи шпиндельной бабки

14 - Рукоятка реверса подачи при реверсе оборотов шпинделя

15 - Рукоятка включения подач

16 - Маховик ручного вращения шпинделя

17 - Кнопки «Пуск» и «Стоп» электродвигателя главного привода

18 - Рукоятка набора подач

19 - Выключатель насоса охлаждения

20 - Переключатель реверса оборотов шпинделя

21 - Выключатель освещения

22 - Упоры выключения механической вертикальной подачи основного стола

23 - Вводный выключатель

24 - Упоры выключения механической поперечной подачи шпиндельной бабки

25 - Ограничитель перемещения вертикального шпинделя

26 - Квадраты зажима инструмента

27 - Рукоятка ручной подачи вертикального шпинделя

28 - Рукоятка зажима суппорта в вертикальном направлении

29 - Рукоятка зажима основного стола в горизонтальном направлении

30 - Упоры выключения механической продольной подачи основного стола.

Задачей модернизации является разработка привода главного движения станка на 16 скоростей от 50 об/мин до 1570 об/мин, при этом должно обеспечиваться автоматическое переключение скоростей с помощью электромагнитных муфт. Мощность приводного асинхронного двигателя должна быть 5 кВт. Так же необходимо предусмотреть автономные приводы подач.

Все это говорит о необходимости разработки полной автоматизации рабочих движений на станке. Основное преимущества автоматизированного станка перед неавтоматизированным - уменьшение времени обработки детали, т.к. уменьшается время на управление органами станка. Помимо этого уменьшается влияние субъективного фактора на обработку детали, т.к. обработка будет вестись по программе, и качество полученного изделия не будет зависеть от состояния рабочего.

Таким образом, автоматизация приводов станка приведет к увеличению производительности и повышению качества деталей.

2 Кинематический расчет привода главного движения и анализ кинематики станка

2.1 Выбор марки электродвигателя

широкоуниверсальный фрезерный станок автоматизация

В соответствии с заданным типом электродвигателя и его мощностью выбираем асинхронный электродвигатель серии 4А марки 4А100L2. Данный электродвигатель имеет следующие параметры технической характеристики:

- номинальная мощность = 5.5 кВт;

- номинальный ток = 10 А;

- КПД = 87;

- cos ц = 0.91;

- Iп/Iн = 7.5;

- Мп/Мн = 2;

- Ммах/Мн = 2.5;

- номинальная частота вращения = 2880 об/мин;

- маховый момент ротора = 75•10-4 кг•м2.

При выборе электродвигателя учитывалось не только его мощность, но и частота, т.к. чем больше частота электродвигателя (и соответственно валов), тем меньше крутящие моменты на валах, и тем меньшими габаритами будет обладать проектируемый узел.

2.2 Построение структурной сетки и ДЧВ привода

Первоначально необходимо определить знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя. Для этого необходимо знать диапазон регулирования:

Исходя из того, что необходимо обеспечить 16 скоростей шпинделя, рассчитывается знаменатель ряда:

Приняв ц = 1.26 получим следующие частоты вращения шпинделя (об/мин):

50 - 63 - 80 - 100 - 125 - 160 - 200 - 250 - 315 - 400 - 500 - 630 - 800 - 1000 - 1250 - 1600

Далее необходимо разработать структуру проектируемого привода. Для реализации 16 скоростей можно применить структуру привода, которая выражается структурной формулой: 16 = 4•2•2. Теперь необходимо определить, какая из передач привода является основной, какая 1 множительной, а какая 2 множительной. Для этого построим несколько вариантов структурных сеток:

Анализируя данные структурные сетки, можно сделать вывод, что наиболее предпочтительным вариантом является структурная сетка с развернутой структурной формулой: 16 = 4(1)•2(4)•2(8).

Во-первых, потому, что целесообразно для уменьшения массы привода располагать группу передач так, чтобы количество передач в группах уменьшалось вдоль цепи передач от электродвигателя к шпинделю.

Во-вторых, в качестве последней множительной группы должна быть принята группа с наименьшим числом передач.

Как видно все структурные сетки построены так, что в начале цепи передач располагается основная группа, затем первая множительная, и наконец, вторая множительная. Это является наиболее предпочтительным вариантом при разработке структуры привода.

Далее необходимо построить диаграмму частот вращения.

Определим минимальное передаточное отношение привода:

Минимальное передаточное отношение прямозубой передачи ј, а максимальное 2. Минимальное передаточное отношение ременной передачи ј, а максимальное 1. Запишем эти пределы через ц:

; ; .

Распишем минимально передаточное отношение:

Передаточное отношение ременной передачи примем .

Минимальное передаточное отношение основной группы .

Минимальное передаточное отношение 1 множительной группы .

Минимальное передаточное отношение 2 множительной группы .

Передаточное отношение шпиндельной передачи .

Такое распределение позволяет получить линию редукции, передаточные отношения в которой уменьшаются тем интенсивнее, чем ближе передача к шпинделю (исключение составляет шпиндельная передача).

Запишем все передаточные отношения для каждой передачи:

ременная передача:

1 группа передач:

2 группа передач:

3 группа передач:

шпиндельная передача:

На основании полученных данных при помощи программы САПР ПГД рассчитаем параметры ременной передачи и число зубьев передач.

На основании полученных данных при помощи программы САПР ПГД рассчитаем параметры ременной передачи и число зубьев передач.

ПОЛНЫЙ РАСЧЕТ КЛИНОРЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Исходные данные:

Передаваемая мощность (кВт) :5.5

Частота вращения малого шкива (1/мин):2880

Передаточное отношение :0.7

Приблизительное межцентровое расстояние (мм):1000

Приблизительный диаметр меньшего шкива (мм) :150

Код станка :2

 Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :

------------------------------------

------T----T----T----T---T------T---T------T------T------T------¬

¦ Тип ¦ Ar,¦ D1,¦ D2,¦ V,¦ Len, ¦ Z ¦ AA, ¦ S, ¦ P, ¦ G, ¦

¦ремня¦ мм ¦ мм ¦ мм ¦м/с¦ мм ¦ ¦ мм ¦ Н ¦ Н ¦ Н ¦

+-----+----+----+----+---+------+---+------+------+------+------+

¦ A ¦11.0¦ 160¦ 224¦ 24¦ 2800 ¦ 3 ¦ 1098 ¦ 118 ¦ 126 ¦ 708 ¦

¦ A ¦11.0¦ 180¦ 252¦ 27¦ 2800 ¦ 3 ¦ 1060 ¦ 118 ¦ 112 ¦ 708 ¦

¦ A ¦11.0¦ 200¦ 280¦ 30¦ 2800 ¦ 3 ¦ 1022 ¦ 118 ¦ 101 ¦ 707 ¦

¦ A ¦11.0¦ 224¦ 314¦ 34¦ 3150 ¦ 3 ¦ 1152 ¦ 118 ¦ 90 ¦ 707 ¦

¦ A ¦11.0¦ 250¦ 350¦ 38¦ 3150 ¦ 3 ¦ 1103 ¦ 118 ¦ 80 ¦ 707 ¦

¦ A ¦11.0¦ 280¦ 392¦ 42¦ 3150 ¦ 4 ¦ 1046 ¦ 118 ¦ 72 ¦ 943 ¦

¦ A ¦11.0¦ 315¦ 441¦ 48¦ 3550 ¦ 8 ¦ 1180 ¦ 118 ¦ 64 ¦ 1885 ¦

¦ B ¦14.0¦ 160¦ 224¦ 24¦ 2800 ¦ 2 ¦ 1098 ¦ 162 ¦ 126 ¦ 648 ¦

¦ B ¦14.0¦ 180¦ 252¦ 27¦ 2800 ¦ 2 ¦ 1060 ¦ 206 ¦ 112 ¦ 824 ¦

¦ B ¦14.0¦ 200¦ 280¦ 30¦ 2800 ¦ 2 ¦ 1022 ¦ 206 ¦ 101 ¦ 823 ¦

¦ B ¦14.0¦ 224¦ 314¦ 34¦ 3150 ¦ 2 ¦ 1152 ¦ 206 ¦ 90 ¦ 823 ¦

¦ B ¦14.0¦ 250¦ 350¦ 38¦ 3150 ¦ 3 ¦ 1103 ¦ 206 ¦ 80 ¦ 1235 ¦

¦ B ¦14.0¦ 280¦ 392¦ 42¦ 3150 ¦ 6 ¦ 1046 ¦ 206 ¦ 72 ¦ 2468 ¦

L-----+----+----+----+---+------+---+------+------+------+-------

Где :

Ar - расчетная ширина ремня по ГОСТ 1284.1-89

D1,D2 - расчетные диаметры шкивов

V - скорость ремня

Len - расчетная длина ремня по ГОСТ 1284.1-89

Z - число ремней передачи

AA - уточненное межцентровое расстояние

S - предварительное натяжение ремня

P - тяговое усилие всей передачи

G - усилие на вал от ремней

Из таблицы выбираем ременную передачу со следующими параметрами:

Тип ремня	Ar, мм	D1, мм	D2, мм	V, м/с	Len, мм	Z	AA, мм	S, Н	P, Н	G, Н
А	11.0	180	252	27	2800	3	1060	118	112	708

Расчет чисел зубьев для основной группы:

РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ ГРУППОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Исходные данные:

Количество одиночных передач в группе :4

1-е передаточное отношение :1

2-е передаточное отношение :0.79365

3-е передаточное отношение :0.63

4-е передаточное отношение :0.5

Минимальная сумма зубьев :80

Максимальная сумма зубьев :120

Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :

------------------------------------

-----------T-------------------T--------------T---------------¬

¦ Передача ¦ Число зубьев ¦ Фактическое ¦ Относительная ¦

¦ +---------T---------+ передаточное ¦ погрешность ¦

¦ ¦ ведущее ¦ ведомое ¦ отношение ¦ ¦

+----------+---------+---------+--------------+---------------+

¦ 1 ¦ 45 ¦ 45 ¦ 1.0000 ¦ 0.0000 ¦

¦ 2 ¦ 40 ¦ 50 ¦ 0.8000 ¦ 0.0080 ¦

¦ 3 ¦ 35 ¦ 55 ¦ 0.6364 ¦ 0.0101 ¦

¦ 4 ¦ 30 ¦ 60 ¦ 0.5000 ¦ 0.0000 ¦

L----------+---------+---------+--------------+----------------

Расчет чисел зубьев для 1 множительной группы:

РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ ГРУППОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Исходные данные:

Количество одиночных передач в группе :2

1-е передаточное отношение :1

2-е передаточное отношение :0.39675

Минимальная сумма зубьев :80

Максимальная сумма зубьев :120

Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :

------------------------------------

-----------T-------------------T--------------T---------------¬

¦ Передача ¦ Число зубьев ¦ Фактическое ¦ Относительная ¦

¦ +---------T---------+ передаточное ¦ погрешность ¦

¦ ¦ ведущее ¦ ведомое ¦ отношение ¦ ¦

+----------+---------+---------+--------------+---------------+

¦ 1 ¦ 44 ¦ 44 ¦ 1.0000 ¦ 0.0000 ¦

¦ 2 ¦ 25 ¦ 63 ¦ 0.3968 ¦ 0.0002 ¦

L----------+---------+---------+--------------+----------------

Расчет чисел зубьев для 2 множительной группы:

РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ ГРУППОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Исходные данные:

Количество одиночных передач в группе :2

1-е передаточное отношение :2

2-е передаточное отношение :0.31488

Минимальная сумма зубьев :80

Максимальная сумма зубьев :120

Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :

------------------------------------

-----------T-------------------T--------------T---------------¬

¦ Передача ¦ Число зубьев ¦ Фактическое ¦ Относительная ¦

¦ +---------T---------+ передаточное ¦ погрешность ¦

¦ ¦ ведущее ¦ ведомое ¦ отношение ¦ ¦

+----------+---------+---------+--------------+---------------+

¦ 1 ¦ 64 ¦ 32 ¦ 2.0000 ¦ 0.0000 ¦

¦ 2 ¦ 23 ¦ 73 ¦ 0.3151 ¦ 0.0006 ¦

L----------+---------+---------+--------------+----------------

Расчет чисел зубьев для шпиндельной передачи:

РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ ГРУППОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Исходные данные:

Количество одиночных передач в группе :1

1-е передаточное отношение :0.39675

Минимальная сумма зубьев :80

Максимальная сумма зубьев :120

Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :

------------------------------------

-----------T-------------------T--------------T---------------¬

¦ Передача ¦ Число зубьев ¦ Фактическое ¦ Относительная ¦

¦ +---------T---------+ передаточное ¦ погрешность ¦

¦ ¦ ведущее ¦ ведомое ¦ отношение ¦ ¦

+----------+---------+---------+--------------+---------------+

¦ 1 ¦ 25 ¦ 63 ¦ 0.3968 ¦ 0.0002 ¦

L----------+---------+---------+--------------+----------------

Запишем передаточные отношения передач в виде отношений чисел зубьев:

основная группа: ; ; ; ;

1 множительная группа: ; ;

2 множительная группа: ; ;

шпиндельная передача: .

Запишем передаточное отношение ременной передачи в виде отношения диаметров шкивов (с учетом коэффициента проскальзывания):

.

На основании полученных данных можно построить ДЧВ:

Определим реальные скорости вращения шпинделя, а также скорости на промежуточных валах (об/мин):

I: 2880

II: 2016

III: 1008 - 1283 - 1613 - 2016

IV: 400 - 509 - 640 - 800 - 1008 - 1283 - 1613 - 2016

V: 126 - 160 - 202 - 252 - 318 - 404 - 508 - 635 - 800 - 1018 - 1280 - 1600 - 2016 - 2566 - 3226 - 4032

VI: 50 - 63 - 80 - 100 - 126 - 160 - 201 - 252 - 317 - 404 - 508 - 635 - 800 - 1018 - 1280 - 1600

На основании всего выше изложенного примем следующую схему привода:

2.3 Описание разработанной конструкции узла

Вращение приводу передается от асинхронного двигателя через ременную передачу. Шкив диаметров 180 мм насаживается на вал двигателя (I), а шкив диаметром 252 мм насаживается на II вал привода. Вращение шкивам от валов передается при помощи шпонки, а их фиксация на валу от осевых перемещений обеспечивается при помощи круглой шлицевой гайкой со стопорной шайбой, которая притягивает шкив к уступу на валу. Разгрузка валов от натяжения ремней обеспечивается двойными подшипниками.

На II вал насаживаются 4 шестерни, причем 3 из них соединены с валом наглухо, а 1 свободно вращается на валу. Вращение же от вала на эту шестерню передается при помощи электромагнитной муфты сцепленной с ней, при включении первой. Вращение с вала на шестерни и муфту передается при помощи шпонок. Фиксация от осевого перемещения обеспечивается стопорными кольцами, втулками и ступенчатым профилем вала.

На III валу располагаются 4 колеса и 2 шестерни. Три колеса имеют свободное вращение, а одно соединен с валом наглухо. Вращение на вал со свободно вращающихся колес передается при помощи электромагнитных муфт, при включении последних. Шестерни соединены с валом наглухо. Вращение с вала на шестерни и электромагнитные муфты, а также с колес на вал передается при помощи шпонок. Фиксация их от осевого перемещения обеспечивается стопорными кольцами, втулками, а так же ступенчатым профилем вала.

На IV валу находятся два свободно вращающихся колеса, одна свободновращающаяся шестерня и одна шестерня, соединенная с валом наглухо. Вращение на свободно вращающуюся шестерню с вал и с колеса на вал передают электромагнитные муфты. Вращение с вала на электромагнитные муфты и на глухую шестерню передается при помощи шпонок. Фиксация их от осевого перемещения обеспечивается стопорными кольцами, втулками, а так же ступенчатым профилем вала.

На V валу располагаются 2 колеса: 1 свободновращающееся, 1 соединенное с валом наглухо. Вращение на вал со свободно вращающегося колеса передается при помощи электромагнитной муфты, при включении последней. Вращение с вала на колесо и от электромагнитной муфты на вал передается при помощи шпонок. Фиксация их от осевого перемещения обеспечивается стопорными кольцами, втулками, а так же ступенчатым профилем вала. С одной стороны V вал имеет шлицы, при помощи которых вращение передается на шлицевую гильзу расположенную в шпиндельном узле. На шлицевой гильзе располагается шестерня, которая благодаря шлицам может перемещаться по гильзе и передавать с нее вращение на шпиндель. Перемещение шестерни необходимо, чтобы можно было задействовать вертикальный или горизонтальный шпиндель.

На шпинделе (VI) располагается колесо, вращение с которого на шпиндель передается при помощи шпонки. Фиксация колеса от осевого перемещения обеспечивается круглой шлицевой гайкой и такой же контргайкой с одной стороны и втулкой с другой. Шпиндель имеет 40 конус.

2.4 Анализ кинематики станка

Кинематическая схема состоит из следующих цепей:

- вращение шпинделя - главное движение М1;

- продольное перемещение шпиндельной бабки: продольная подача (привод Z) М2;

- поперечное перемещение стола: поперечная подача (привод X) М3;

- вертикальное перемещение консоли: вертикальная подача (привод Y) М4;

- переключение между вертикальным и горизонтальным шпинделем М5;

- СОЖ М6.

В качестве приводов подач используется комплектный электропривод ЭТ3И (М2, М3, М4). В качестве привода главного движения используется односкоростной асинхронный электродвигатель (М1). Двигатели М5 и М6 также являются асинхронными.

На фундаментной плите установлена станина. На вертикальных направляющих станины расположена консоль с горизонтальными поперечными направляющими. На этих направляющих монтируется стол. На горизонтальных продольных направляющих станины расположена шпиндельная бабка, осуществляющая продольную подачу. В станине расположена коробка скоростей и электродвигатель привода главного движения. Кроме того в станине располагаются приводы вертикальной и продольной подач. В шпиндельной бабке располагается механизм переключения между вертикальным и горизонтальным шпинделями. В консоли расположен привод поперечной подачи.

Станок имеет три управляемые координаты: Z - продольное перемещение шпиндельной бабки по оси горизонтального шпинделя; X - поперечное перемещение стала относительно оси горизонтального шпинделя; Y - вертикальное перемещение консоли по оси вертикального шпинделя.

Контроль перемещения по ось Z осуществляется при помощи конечных выключателей SQ3…SQ6, по оси X - SQ7…SQ10, по оси Y - SQ11…SQ14. На каждом ходовом винте установлен фотоимпульсный датчик типа ВЕ-178.

Привод главного движения состоит из асинхронного электродвигателя мощностью 5,5 кВт, коробки скоростей и шпиндельной бабки. Контроль за вращением шпинделя осуществляется при помощи фотоимпульснного датчика типа ВЕ-178.

Переключение скоростей происходит при помощи электромагнитных муфт. Переключение между вертикальным и горизонтальным шпинделями происходит с помощью механизма, состоящего из редукторного электродвигателя и реечной передачи. Остановка переключения шпинделей производится через конечные выключатели SQ1 и SQ2.

3 Функциональная схема СЧПУ

3.1 Описание СЧПУ «Электроника НЦ-80 (МС2101)»

Данная СЧПУ имеет класс структуры: мультипроцессорные блочного и блочно-модульного исполнения (с независимыми процессорами).

Основные характеристики данной СЧПУ:

1. вычислитель: вид - однокристальная микроЭВМ,

тип - ВМ1, ВМ2, ВМ3,

разрядность - 16.

2. Объем ОЗУ, Кбайт - 28 для двухблочного исполнения.

3. Объем ППЗУ (ПЗУ), Кбайт - 48 для двухблочного исполнения.

4. Быстродействие, тыс.оп./сек - 380.

5. Энергонезависимая память, Кбайт: штатная - 32,

внешняя - 256 (ЦМД-3101).

6. Программируемый таймер, шт. - 1.

7. Телеграфный канал - 3.

Мультипроцессоры (блочные и блочно-модульные УЧПУ) позволили реализовать ряд новых функций. Наличие отдельного процессора у дисплейного блока сделало возможным введение в УЧПУ развитых средств диалогового задания управляющей программы с графическим отображением на дисплее траектории движения инструмента. Создание процессорных модулей управления приводами (в блочно-модульных системах) привело к расширению числа управляемых координат. Увеличение объемов памяти позволило организовать хранение информации, необходимой для функционирования ГП-модулей в условиях безлюдной технологии.

Мультипроцессорные системы позволяют организовать многопрограммную обработку различными шпинделями. При этом каждый шпиндель перемещается по своей программе.

Наличие отдельного дисплейного процессора позволяет вводить новую управляющую программу во время обработки по другой программе. Приведенные примеры далеко не ограничивают новые качественные показатели мультипроцессорных систем.

Один из первых отечественных мультипроцессорных блочных систем представлен серией «Электроника МС 2101». Каждый блок в этих устройствах имеет отдельный вычислитель. Межблочная связь выполняется по телеграфному каналу. В зависимости от типа станка (ГП-модуля) и задач управления в состав УЧПУ входит два, три или более блоков. Кроме того, можно варьировать составом блока (кроме дисплейного блока).

Первый дисплейный блок (микроЭВМ «Электроника НМС 12401») во всех исполнениях УЧПУ имеет одинаковую аппаратную часть и отличается только ПрО отображения программ. Этот блок имеет объем основной памяти 56К байт и внутреннюю память на цифровых магнитных доменах (ЦМД) 32К байт. Кроме того, к первому блоку подключается кассета внешней памяти на цифровых магнитных доменах (на ЦМД), обеспечивающая сохранение информации. Съемные кассеты позволяют расширить состав сервисных программ, хранить библиотеку от управляющей программы (УП) и подготавливать их отдельно от станка. Кроме ввода УП с клавиатуры пульта и кассеты, предусмотрена возможность подключения фотосчитывающего устройства и ЭВМ верхнего ранга и вывод откорректированной УП на перфоленту.

Второй блок имеет различные исполнения в зависимости от состава входящих в него модулей. Этот блок выполняет функции управления приводами, электроавтоматикой станка и хранения технологического ПрО. Конструктивно блоки выполнены в виде герметизированных корпусов.



Рис.3.1. УЧПУ «Электроника МС2101»

а - дисплейный блок; б - блок управления; 1 - плазменный дисплей; 2 - поле «меню»; 3 - виртуальная клавиатура «меню»; 4 - цифровая и функциональная клавиатуры; 5 - радиаторы охлаждения; 6 - блок питания

Первый блок устанавливают на станке со стороны оператора, а второй встраивают в станок или в шкаф электрооборудования.

Модульный принцип компоновки аппаратных средств позволяет построить различные исполнения УЧПУ. Некоторые из базовых модификаций приведены в табл. 3.1. Структурные схемы первой и второго блоков представлены на рис. 3.2, 3.3.

Табл. 3.1.Исполнения УЧПУ «Электроника МС2101»

Тип УЧПУ	Группа станков	Тип блока (микроЭВМ)	Данные второго блока
МС 2101.01 (двухблочное исполнение)	Токарная	НМС 12401.1 НМС 12402.1-02	Пять каналов связи с импульсными датчиками; три канала управления приводом, 120 входов/64 выхода.
МС 2101.04 (двухблочное исполнение)	Шлифовальная	НМС 12401.1 НМС 12402.1-04	Пять каналов связи с импульсными датчиками; четыре канала управления приводом (четыре координаты), 64 входа/32 выхода. Четыре канала АЦП на девять разрядов.
МС 2101.02 (трехблочное исполнение)	Фрезерно-сверлильные многоцелевые и ГПМ	НМС 12401.1 НМС 12402.1-06 НМС 12402.1 (командоаппарат)	Пять каналов связи с импульсными датчиками; четыре канала управления приводом, 64 входа/32 выхода + 192 входа/96 выходов.

Рис.3.2. Структурная схема УЧПУ «Электроника НМС12401» на трех платах (первый блок)

В - плата вычислителя; П - процессор 16-разрядный; ИРПС - интерфейс радиальный последовательный; ППЗУ - перепрограммируемая память; ЦМД - память на цилиндрических магнитных доменах; УОИ - дисплей (20 строк по 32 символа); ТК - телеграфный канал; КК - контроллер кассеты ЦМД; УК - управление клавиатурой.

Рис.3.3. Структурная схема УЧПУ «Электроника НМС12402» на четырех платах (второй блок)

ЭП - плата управления приводами; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь; ЭА - плата управления электроавтоматикой.

Вычислитель микроЭВМ каждого блока состоит из следующих узлов: АЛБ (арифметико-логический); ПЗУ; ОЗУ; ИРПС (интерфейса радиального последовательного); БС (узла синхронизации) и БРП (узла радиальных прерываний).

Арифметико-логический узел (АЛБ) предназначен для выполнения действий над операндами и формирования адресов команд и операндов. Он выполнен на одной сверхбольшой интегральной микросхеме К1801ВЕ1, которая содержит восемь 16-разрядных регистров общего назначения (РОН), два из которых системные: указатель стека, содержащий адрес последней заполненной ячейки стека, и счетчика команд, содержащий адрес очередной выполняемой команды. Кроме восьми РОН, АЛБ оснащен регистром состояния, содержащим информацию о текущем состоянии АЛБ: текущий приоритет АЛБ, значения кодов условий ветвления, зависящих от результатов выполнения операций, и т. д.

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) предназначено для хранения неизменяемых программ матобеспечения. При обращении к ПЗУ возможно только чтение информации. ПЗУ вычислителя микроЭВМ НМС 12401 имеет объем до 12К слов, а вычислителя НМС 12402 20К слов (16-разрядных).

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используют для хранения переменных программ матобеспечения, операндов, векторов, организации стека. ОЗУ выполнено на микросхемах динамического типа. При отключении питающего напряжения регенерация информации в ОЗУ обеспечивается аппаратными средствами. ОЗУ микроЭВМ первого и второго блоков имеют соответственно 16К и 8К слов. ОЗУ содержит регистр состояния, который доступен для чтения и записи информации.

Интерфейс радиальный последовательный (ИРПС) содержит БИС телеграфного канала (ТК) (три дуплексных асинхронных канала) передачи и приема последовательной информации, общую схему управления и общий регистр состояния.

Узел синхронизации (БС) формирует синхронизирующие сигналы в широком диапазоне частот: 8 мГц, 4 мГц, 50 кГц, 10 кГц, 5 кГц, 500 Гц. Частота 10 кГц поступает на программируемый таймер с регистрами данных и управления, минимальная дискрета которого составляет 0,1 мс.

Узел радиальных прерываний (БРП) формирует прерывания и векторы прерываний для АЛБ.

Дисплейный узел (УОМ), выполненный на плазменном дисплее, позволяет вывести графическую и буквенно-цифровую информацию.

Узел связи с электроавтоматикой (ЭА) содержит 32 выхода и 64 входа. Максимальная частота переключения линий управления 10 кГц. В блоке они разделяются на группы по восемь линий в канале. Каждый канал имеет свой адрес и схему управления, содержащую восьмиразрядный регистр информации и четырехразрядный регистр управления.

Узел связи с усилителями приводов и измерительными преобразователями включает четыре канала связи с приводами и пять каналов связи с фотоимпульсными датчиками (один канал для электронного маховика).

Аналого-цифровые преобразователи в зависимости от исполнения могут быть выполнены девяти- или двенадцатиразрядными и рассчитаны на напряжение ±10 В.

В системе «Электроника МС 2101» имеется развитая самодиагностика, реализуемая аппаратными и программными средствами. Вопросы контроля работы УЧПУ, исключающие сбойные ситуации, играют большую роль в обеспечении функционирования ГПС, особенно при переходе к режимам безлюдной технологии.

Встроенные аппаратные средства контроля имеются во многих блоках УЧПУ и реализуются на основе разных принципов. В СБИС АЛУ блока вычислителя предусмотрены аппаратные прерывания по ошибке обращения к каналу, резервной команде и нарушению питания. Для повышения надежности работы канала (БИРПС) БИС телеграфного канала осуществляет аппаратный контроль на четность принятой информации и контролируется соблюдение протокола обмена. В приемнике реализованы средства защиты от ложного старта, а также интегратор входных импульсов.

В контроллере ЭА предусмотрена защита сигнала «Готовность УЧПУ», для чего данный сигнал периодически подтверждается. Для повышения помехоустойчивости в канале связи с электроавтоматикой станка предусмотрены оптроны.

Контроль измерительного тракта в контроллере ИПП и связь с фотоимпульсными датчиками обеспечивают аппаратные прерывания при обрыве и коротком замыкании сигналов.

Доступность регистров по чтению/записи обеспечивает возможность диагностики контроллеров ИПП и ЭА до программно доступных регистров.

В регистре управления ЗУ ЦМД индицируются ошибки «Устройство не готово», «Устройство занято», «Недействительный код операции».

Для повышения надежности работы ОЗУ большая интегральная схема выполняет коррекцию одиночных ошибок в считанной из памяти информации с помощью кода Хэмминга, а также сигнализирует о двойной, ошибке. Исправление ошибок в памяти является мощным средством повышения надежности. Существуют также более развитые схемы, позволяющие исправлять двухбитовые ошибки. Контроль этих ошибок может реализоваться схемными или программными методами, а также смешанным аппаратно-программным способом. Однако все коды построены по одному общему принципу: исходя из определенных сочетаний битов контролируемых данных, формируются дополнительные биты, называемые контрольными или битами четности. Зная положение этих битов в закодированном слове данных и их значения (1 или 0), можно обнаружить определенное число ошибок. Автоматическое исправление некоторых из этих ошибок сводится к замене 1 на 0 или наоборот. Обычно число автоматически исправляемых ошибок в слове меньше числа ошибок, которое можно обнаружить.

Применение корректирующих кодов является одним из самых перспективных методов повышения надежности при все возрастающих объемах памяти УЧПУ.

Создание программно-математического обеспечения микропроцессорного УЧПУ является весьма трудоемким и дорогостоящим процессом.

Кроме внутренних аппаратных средств самодиагностики в УЧПУ «Электроника МС 2101», предусмотрены развитые диагностические тесты, а также внешние аппаратные средства. Последние служат для обнаружения отказавшего элемента при отладке отдельных модулей. Они подключаются непосредственно к разъемам плат УЧПУ.

Кроме систем ЧПУ, при создании высокоавтоматизированных ГПМ и транспортно-складских систем все большее значение приобретает программируемый командоаппарат (ПК). В комплексе «Электроника МС 2101» имеется блок ПК типа НМС 12402.1, который работает совместно с другими блоками. Устройства ЧПУ могут работать также со специализированным ПК, например серии микроДАТ.

ПК, кроме функции управления электроавтоматикой оборудования, позволяют управлять приводами вспомогательных механизмов в режиме позиционирования, что расширяет возможности УЧПУ.

3.2 Определение разрядности и объема ОЗУ

По адресам координатных перемещений (X, Y, Z) необходимо определить величину максимального перемещения в дискретах.

где ? - цена одной дискреты, мм;

YMAX - максимальное перемещение по координате X, мм;

где h - шаг ходового винта;

где n - число разрядов NMAX.

n = 6.

С учетом знакового разряда: n* = 6 + 1 = 7.

Емкость одной ячейки памяти - 1 байт двоичной информации. Если принять восьмиричную систему счисления, то в две последовательные ячейки (16 бита) могут быть записаны 5 разрядов восьмиричного числа (16/3 = 5 + 1/3).

Для записи N*MAX 8 необходимо m ячеек памяти:

Стандартный кадр управления программы: круговая интерполяция без указания скорости подачи имеет вид:

G02 X + XMAX Y + YMAX I + XMAX J + XMAX

и занимает объем

1 + 1 + 1 + m + 1 + m + 1 + m + 1 + m = 6 + 4•m

ячеек памяти. Таким образом, если ввести перерасчет управляющей программы через кадры круговой интерполяции, то объем памяти, необходимый для ее хранения

VОЗУ = (300…1000)•(6 + 4•m)

VОЗУ = 300•(6 + 4•3) = 5400 байт = 5,4 Кбайт

Кроме управления приводами перемещений СЧПУ организует и формирует сигналы управления электроавтоматикой станка.

Максимально время формирования управляющих импульсов

где VБ.Х. - скорость быстрых ходов, м/мин;

fMAX - максимальная частота импульсов, поступающих с ДОС в СЧПУ.

Минимальный период выдачи импульсов на выходе КЭА определяется временем вычислительных операций, выполняемых в соответствии с заданным алгоритмом позиционирования.

Время вычислительных операций

где W - быстродействие микроЭВМ;

n - число команд по программе, реализующей алгоритм позиционирования.

Тогда максимально время управляющего сигнала на выходе КЭА

где К - коэффициент, учитывающий несоответствие реальной длительности выполнения операций алгоритма позиционирования длительности операций, используемых для определения быстродействия микроЭВМ (К = 1,5);

фАП - время задержки в аппаратной части КЭА или время преобразования (фАП = 1,7 мкс).

4 Схемы электроавтоматики и подключения СЧПУ к станку

4.1 Электрическая принципиальная схема электроавтоматики станка

Схема электроавтоматики станка содержит:

1 - подключение к питанию комплектных электроприводов подач с указанием выходов контроля состояния: готовность привода, управление приводом, термозащита; соединение блоков управления с двигателями, тахогенераторами, термодатчиками.

2 - подключение асинхронных электродвигателей привода главного движения и охлаждения.

3 - подключение реверсивного редукторного электродвигателя с редукцией 1/137.

4 - средства защиты:

- вводный автомат защиты QF1, предназначенный для защиты всей электроавтоматики станка от перегрузок;

- автоматы защиты комплектных электроприводов подач QF2, QF3, QF4 от перегрузок;

- тепловые реле КК1…КК2, предназначенные для защиты асинхронных электродвигателей от недопустимого перегрева при длительных перегрузках, а так же для обеспечения защиты трансформаторов и цепей управления от перегрева и короткого замыкания.

5 - трансформаторы:

- для формирования напряжений, питающих промежуточные схемы управления TV1, TV2 и сигнализатор заземления;

- для формирования напряжений, питающих комплектные электроприводы TV3, TV4, TV5;

- для формирования напряжений, питающих редукторный электродвигатель TV6.

6 - средства индикации:

- контроль напряжения Н1, предназначенный для контроля напряжения в цепях питания;

- сигнализатор заземления Н2, Н3, предназначенный для индикации наличия заземления.

4.2 Реализация схемы подключения СЧПУ

Схема подключения СЧПУ отражает все ее функциональные возможности, характерные для данного класса систем и технологического оборудования.

На схеме показаны выходы управления вспомогательной функцией М, функцией S - дискретного изменения скорости привода главного движения, выход «Готовность УЧПУ». Количество выходов определяется в процессе роботирования: М-функций - 5, S-функций - 5, «Готовность УЧПУ» - 1. На выходах устанавливаются промежуточные реле KV01…KV10, KV38. На схеме показаны входы подключения всех конечных выключателей SQ1…SQ14; входы «Ответ М», «Ответ T», «Ответ S» и вход «Готовность станка».

На схеме подключения СЧПУ показаны выходы КП управления приводами подач: a-b, c-d, e-f; входы датчиков положения рабочего органа станка относительно заготовки и датчика скорости привода главного движения. Выходы КП выводятся через один разъем СЧПУ. Каждый датчик связан с СЧПУ через свой разъем.

4.3 Реализация комплекса вспомогательных М-функций и S-функций дискретного изменения скорости привода главного движения

Определим схему реализации комплекса заданных вспомогательных функций, начиная с выходного разъема СЧПУ, на котором реализуется М-функция и кончая конкретными исполнительными приводами.

М03 - включение вращения двигателя привода главного движения по часовой стрелке (М1);

М04 - включение вращения двигателя привода главного движения против часовой стрелки (М1);

М05 - выключении двигателя привода главного движения (М1);

М07 - включение двигателя СОЖ (М6);

М08 - выключение двигателя СОЖ (М6);

М09 - включение редукторного двигателя на смену шпинделя с горизонтального на вертикальный;

М10 - включение редукторного двигателя на смену шпинделя с вертикального на горизонтальный.

Для реализации комплекса функций на выходах разъема М01, М02, М04, М08, М10 установлены соответствующие реле KV01, KV02, KV03, KV04, KV05. Состояние контактов реле будем характеризовать некоторой функцией Xij, принимающей значение 1 - контакты замкнуты и 0 - контакты разомкнуты.

Реле имеет как нормально замкнутые контакты Xij, так и нормально разомкнутые ij.

Таким образом, для реализации функций М03…М10 необходимо реализовать следующую зависимость:

X11 = X05• X04• X03• 02• 01 + 11• X12• X13

X12 = X05• X04• 03• X02• X01 + X11• 12• X13

X13 = X05• X04• 03• X02• 01

X14 = X05• X04• 03• 02• 01 + 14• X15

X15 = X05• 04• X03• X02• X01

X16 = X05• 04• X03• X02• 01 + 16• XSQ1

X17 = 05• X04• X03• X02• X01 + 17• XSQ2

Для реализации комплекса S-функций на выходах разъема S01, S02, S04, S08, S10 установлены соответствующие реле KV06, KV07, KV08, KV09, KV10. Перед установкой новой скорости необходимо реализовать функцию сброса предыдущей скорости, для этого вводим дополнительное реле KV18, осуществляющее данную функцию.

Для реализации функций S01…S16 необходимо реализовать следующую зависимость:

X18 = 06 + 07 + 08 + 09 + 10

X19 = X10• X09• X08• X07• 06 + X18• 19

X20 = X10• X09• X08• 07• X06 + X18• 20

X21 = X10• X09• X08• 07• 06 + X18• 21

X22 = X10• X09• 08• X07• X06 + X18• 22

X23 = X10• X09• 08• X07• 06 + X18• 23

X24 = X10• X09• 08• 07• X06 + X18• 24

X25 = X10• X09• 08• 07• 06 + X18• 25

X26 = X10• 09• X08• X07• X06 + X18• 26

X27 = X10• 09• X08• X07• 06 + X18• 27

X28 = 10• X09• X08• X07• X06 + X18• 28

X29 = 10• X09• X08• X07• 06 + X18• 29

X30 = 10• X09• X08• 07• X06 + X18• 30

X31 = 10• X09• X08• 07• 06 + X18• 31

X32 = 10• X09• 08• X07• X06 + X18• 32

X33 = 10• X09• 08• X07• 06 + X18• 33

X34 = 10• X09• 08• 07• X06 + X18• 34

Непременным условием решения задачи роботирования схем электроавтоматики станка является формирование сигнала «Готовность станка». Сигнал «Готовность станка» содержит информацию о готовности УЧПУ и готовности приводов подач, т.е. о подаче питания на испольнительные приводы.

На схеме электроавтоматики станка показано решение задачи формирования сигнала «Ответ М» и «Ответ S», который содержит информацию о выполнении М-функции или S-функции реализованных в дешифраторе, и осуществляет переход к следующему этапу выполнения программы.

Выдача сигналов «Ответ М» и «Ответ S» происходит с задержкой, реализуемой посредством установки конденсаторов и резисторов. Задержка необходима для того, чтобы после команды управления, реализованной по импульсному принципу, существующей на выходе в пределах 200…250 мс, появляется сигнал «Ответ М» или «Ответ S».

Для того, чтобы включить определенную скорость необходимо реализовать следующую зависимость на включение электромагнитных муфт:

XYC1 = 19 + 20 + 21 + 22 + 23 + 24 + 25 + 26

XYC2 = 19 + 20 + 21 + 22 + 27 + 28 + 29 + 30

XYC3 = 27 + 28 + 29 + 30 + 31 + 32 + 33 + 34

XYC4 = 23 + 24 + 25 + 26 + 31 + 32 + 33 + 34

XYC5 = 19 + 23 + 27 + 31

XYC6 = 21 + 25 + 29 + 33

XYC7 = 20 + 24 + 28 + 32

XYC8 = 22 + 26 + 30 + 34

Таблица 5.1. «Включения электромагнитных муфт, в зависимости от требуемой частоты оборотов шпинделя»

Частота, об/мин	YC1	YC2	YC3	YC4	YC5	YC6	YC7	YC8
50	+	+			+
63	+	+					+
80	+	+				+
100	+	+						+
125	+			+	+
160	+			+			+
200	+			+		+
250	+			+				+
315		+	+		+
400		+	+				+
500		+	+			+
630		+	+					+
800			+	+	+
1000			+	+			+
1250			+	+		+
1600			+	+				+

5 Разработка цикла позиционирования

5.1 Алгоритм цикла позиционирования

В общем случае любой цикл позиционирования может быть представлен графиком. На каждом этапе приближения к точке позиционирования Х0 система формирует одно из возможных управлений U:

при д = Х - Х0

для положительной области (д > 0) KN = 1, для отрицательной области (д < 0) KN = -1.

Для случая ступенчатого позиционирования K1 = K2 = K3 = 0.

Получаем:

д1 - зона нечувствительности;

U1 - скачок управления;

д1 = 3 дискреты = 0,01 мм.

д2 = 0,1 мм.

д 3 = 2? д2 = 0,2 мм.

д 4 = 4? д2 = 0,4 мм.

U1 = 0,5 В.

U2 = 1,0 В.

U3 = 2,0 В.

U4 = 5,0 В.

По результатам вычислений строим график цикла позиционирования.

5.2 Блок-схем алгоритма

Цикл начинается с расчета текущего значения д = Х - Х0. После определения знака д формируется значение коэффициента KN. Далее производится анализ выполнения условия д > дi, на основании которого формируется уравнение U = Ui.

После выполнения условия д < д1, включается подпрограмма формирования сигналов конца обработки кадр (КОК). На блок-схеме опущена подпрограмма задержки ф перед формированием сигнала конца обработки кадра.



Рис. 5.2. Блок-схема алгоритма

6 Силовые и иные расчеты деталей и механизмов привода главного движения

6.1 Расчет мощности на валах

Мощность на i-ом валу рассчитывается как:

(шпиндель)

6.2 Расчет крутящих моментов на валах

Крутящий момент на i-ом валу рассчитывается как:

(шпиндель)

6.3 Определение минимальных диаметров валов

Минимальный диаметр i-го вала рассчитывается как:

где [ф] = 20 … 35 МПа, примем [ф] = 30 МПа.

6.4 Расчет передач на прочность

Расчет групповых передач на прочность будем рассчитывать по наиболее нагруженной передаче.

Для расчетов воспользуемся программой САПР ПГД.

Расчет на прочность передачи основной группы:

РАСЧЕТ МОДУЛЯ ПРЯМОЗУБОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Исходные данные:

1)Крутящий момент на шестерне (H*м) :25.53

2)Частота вращения шестерни (1/мин) :2016

3)Относительная ширина шестерни :0.3

4)Число зубьев шестерни :30

5)Число зубьев колеса :60

6)Степень точности зубчатой передачи :6

7)Код расположения передачи : 2

8)Материал ,марка :Сталь 40Х

Допускаемое контактное напряжение (MПа) :950

Допускаемое изгибное напряжение (MПа) :240

Термообработка :

Газовое азотирование

Твердость ,HB(HRC) :HRC25-28

Базовое число циклов :140млн

Результаты расчета:

Модуль по контактным напряжениям (мм) :1.2819

Модуль по изгибным напряжениям (мм) :1.6778

Стандартный модуль (мм) :2.0000

Межосевое расстояние (мм) :90.0000

Ширина шестерни (мм) :18.0000

Окружная скорость (м/с) : 6.3335

Расчет на прочность передачи первой множительной группы:

РАСЧЕТ МОДУЛЯ ПРЯМОЗУБОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Исходные данные:

1)Крутящий момент на шестерне (H*м) :50.02

2)Частота вращения шестерни (1/мин) :1008

3)Относительная ширина шестерни :0.3

4)Число зубьев шестерни :25

5)Число зубьев колеса :63

6)Степень точности зубчатой передачи :6

7)Код расположения передачи : 2

8)Материал ,марка :Сталь 40Х

Допускаемое контактное напряжение (MПа) :950

Допускаемое изгибное напряжение (MПа) :240

Термообработка :

Газовое азотирование

Твердость ,HB(HRC) :HRC25-28

Базовое число циклов :140млн

Результаты расчета:

Модуль по контактным напряжениям (мм) :1.8725

Модуль по изгибным напряжениям (мм) :2.3901

Стандартный модуль (мм) :2.5000

Межосевое расстояние (мм) :110.0000

Ширина шестерни (мм) :18.7500

Окружная скорость (м/с) : 3.2987

Расчет на прочность передачи второй множительной группы:

РАСЧЕТ МОДУЛЯ ПРЯМОЗУБОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Исходные данные:

1)Крутящий момент на шестерне (H*м) :123.67

2)Частота вращения шестерни (1/мин) :400

3)Относительная ширина шестерни :0.3

4)Число зубьев шестерни :64

5)Число зубьев колеса :32

6)Степень точности зубчатой передачи :6

7)Код расположения передачи : 2

8)Материал ,марка :Сталь 40Х

Допускаемое контактное напряжение (MПа) :950

Допускаемое изгибное напряжение (MПа) :240

Термообработка :

Газовое азотирование

Твердость ,HB(HRC) :HRC25-28

Базовое число циклов :140млн

Результаты расчета:

Модуль по контактным напряжениям (мм) :2.0100

Модуль по изгибным напряжениям (мм) :2.7131

Стандартный модуль (мм) :2.7500

Межосевое расстояние (мм) :132.0000

Ширина шестерни (мм) :26.4000

Окружная скорость (м/с) : 1.8431

Расчет на прочность шпиндельной передачи :

РАСЧЕТ МОДУЛЯ ПРЯМОЗУБОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Исходные данные :

1)Крутящий момент на шестерне (H*м) :152.26

2)Частота вращения шестерни (1/мин) :318

3)Относительная ширина шестерни :0.3

4)Число зубьев шестерни :25

5)Число зубьев колеса :63

6)Степень точности зубчатой передачи :6

7)Код расположения передачи : 2

8)Материал ,марка :Сталь 40Х

Допускаемое контактное напряжение (MПа) :950

Допускаемое изгибное напряжение (MПа) :240

Термообработка :

Газовое азотирование

Твердость ,HB(HRC) :HRC25-28

Базовое число циклов :140млн

Результаты расчета:

Модуль по контактным напряжениям (мм) :2.7011

Модуль по изгибным напряжениям (мм) :3.4639

Стандартный модуль (мм) :3.5000

Межосевое расстояние (мм) :154.0000

Ширина шестерни (мм) :26.2500

Окружная скорость (м/с) : 1.4569

Итак результаты расчета:

	Модуль, мм	Ширина шестерни, мм	Межосевое расстояние, мм
Основная группа	2	18	90
Первая множительная группа	2.5	19	110
Вторая множительная группа	2.75	27	132
Шпиндельная передача	3.5	27	154

Далее рассчитаем начальный диаметр колес:

6.5 Выбор электромагнитных муфт

Определим крутящие моменты на колесах:

Исходя из того, что передаваемый момент муфты должен быть больше максимального приведенного к ней статического момента нагрузки (равного крутящему моменту на колесе), имеющего место после включения муфты, выберем электромагнитные муфты для данного привода. В приводе будут стоять электромагнитные муфты контактного типа (Э1М…2):

Э1М062 (7 шестерня);

Э1М072 (4 колесо);